(57)【要約】  ロータリピストンエンジンは、内部空間（１１）を形成するハウジング（１０）と、内部空間（１１）に配置された少なくとも２つのロータリピストン（２０、３０）とを備える。内部空間（１１）には、流体を内部空間（１１）を通して案内するように、入口開口（１３）と出口開口（１５）が形成される。これにより、ロータリピストン（２０、３０）は、流れる流体によって駆動される。各ロータリピストン（２０、３０）は、その外周に少なくとも２つのシールストリップ（２１、３１）を備える。本発明によると、各ロータリピストン（２０、３０）は、少なくとも２つのキャビティ（２７、３７）を有し、各キャビティに、チューブ（３８Ｂ）又は弾性中実ロッドが配置される。シールストリップ（２１、３１）は、キャビティ内に突出し、そこに受け入れられたチューブ（３８Ｂ）又は弾性中実ロッドに突き当たる。チューブ（３８Ｂ）又はロッドによって、シールストリップ（２１、３１）は半径方向外側に押される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間（１１）を形成するハウジング（１０）と、
前記内部空間（１１）に配置された少なくとも２つのロータリピストン（２０、３０）と、
を備え、
前記内部空間（１１）に、流体を前記内部空間（１１）を通して前記ロータリピストン（２０、３０）に沿って案内するように、入口開口（１３）と出口開口（１５）が形成され、
前記ロータリピストン（２０、３０）はそれぞれ、その外周に、少なくとも２つのシールストリップ（２１、３１）を備え、
前記ロータリピストン（２０、３０）はそれぞれ、少なくとも２つのキャビティ（２７、３７）を有し、
前記少なくとも２つのキャビティのそれぞれに、弾性細長変形体（２８、３８）が配置され、
前記弾性細長変形体は、チューブ（３８Ｂ）又は弾性中実ロッドを備え、
前記シールストリップ（２１、３１）は、前記キャビティ内に突出し、前記キャビティ内に受け入れられた前記弾性細長変形体（２８、３８）に突き当たり、前記弾性細長変形体（２８、３８）によって半径方向外側に押されることを特徴とするロータリピストンエンジン。
【請求項２】
前記チューブ（３８Ｂ）又は前記弾性中実ロッドはそれぞれ、前記キャビティ（２７、３７）のそれぞれにおいて重ねて配置される複数のチューブ又はロッド部品によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項３】
前記弾性細長変形体（２８、３８）は、円筒状で、関連するロータリピストン（２０、３０）の回転軸に平行な長手方向軸を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項４】
前記キャビティ（２７、３７）はそれぞれ、前記ロータリピストン（２０、３０）の長手方向軸に平行に延びる長手方向軸を有する円筒状であり、
前記チューブ（３８Ｂ）はそれぞれ、関連するキャビティ（３７）の全長にわたり延び、
前記チューブ（３８Ｂ）はそれぞれ、その全長にわたり、関連するシールストリップ（３１）と接触して、前記シールストリップ（３１）を外側に押すことを特徴とする、請求項２又は３に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項５】
前記チューブ（３８Ｂ）又は前記弾性中実ロッドは、非金属材料、特にシリコーン又はゴムからなることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項６】
前記チューブ（３８Ｂ）又は前記弾性中実ロッドは、丸い又は円形の断面を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項７】
前記チューブ（３８Ｂ）はそれぞれ、前記チューブ（３８Ｂ）が受け入れられた関連するキャビティ（３７）の半径に略等しい外半径を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項８】
前記キャビティ（２７、３７）はそれぞれ、関連するロータリピストン（２０、３０）の前記半径方向における前記キャビティ（２７、３７）の寸法よりも大きい、関連するロータリピストン（２０、３０）の周方向における寸法を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項９】
前記シールストリップ（２１、３１）はそれぞれ、断面において、中央の幅広領域（３１Ａ）を有し、前記幅広領域は、前記ロータリピストン（２０、３０）のそれぞれにおける対応する保持溝に係合し、これにより、前記シールストリップ（２１、３１）の移動空間が前記半径方向において制限されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項１０】
前記ロータリピストン（２０、３０）はそれぞれ、その外周に、歯車（２２、３２）を備え、
前記歯車は、少なくとも２つの膨らみ部（２５、３５）と少なくとも２つの窪み（２４、３４）によって遮断され、
前記少なくとも２つの膨らみ部は、前記歯車（２２、３２）上で突出し、
前記少なくとも２つの膨らみ部はそれぞれ、前記シールストリップ（２１、３１）の１つを受け入れるためのスロットを有し、
前記ロータリピストンの回転中に、前記ロータリピストン（２０、３０）の一方の膨らみ部（２５、３５）が前記窪みに係合し、
前記膨らみ部（２５、３５）と前記窪み（２４、３４）は、前記膨らみ部（２５、３５）の１つが前記窪み（２４、３４）の１つに係合すると、シール接触が、前記窪み（２４、３４）のすぐ前で前記歯車間に生じ、
該膨らみ部（２５、３５）と該窪み（２４、３４）の最初の接触は、該膨らみ部（２５、３５）の後面と該窪み（２４、３４）の後部との間に実現され、
気体含有及び気体圧縮が窪み（２４、３４）で生じて、ロータリピストンのさらなる回転におけるさらなる気体圧縮により、摩擦を低減する気体膜がロータリピストン間に形成されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項１１】
前記膨らみ部（３５）のそれぞれの形状は、前記スロットの両側にそれぞれ平坦領域（３５Ｂ）を形成し、
前記平坦領域において、前記ロータリピストン（３０）の中心点まで規定される、ロータリピストンの半径が、減少せず、
前記膨らみ部の１つ（３５）が前記窪みの１つ（２４）に係合すると、前記最初の接触が、該窪み（２４）と平坦領域（３５Ｂ）の最後部との間、又は該窪み（２４）と該膨らみ部（３５）と前記平坦領域（３５Ｂ）の後ろに続く、該膨らみ部（３５）の湾曲領域（３５Ｃ）との間に実現されることを特徴とする、請求項１０に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項１２】
前記シールストリップ（２１、３１）はそれぞれ、断面において、長さと幅を有し、
前記長さは、関連するロータリピストン（２０、３０）の半径方向において規定され、
前記長さは、前記幅よりも少なくとも３倍大きいことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項１３】
ロータリピストンエンジンを動作させる方法であって、
前記方法は、
内部空間（１１）を形成するハウジング（１０）における入口開口（１３）を通して流体を案内すること
を含み、
少なくとも２つのロータリピストン（２０、３０）が、前記内部空間（１１）に配置され、
前記流体が、前記内部空間（１１）を通して出口開口（１５）まで流れるとき、前記流体はロータリピストン（２０、３０）を駆動し、
前記ロータリピストン（２０、３０）はそれぞれ、その外周に、少なくとも２つのシールストリップ（２１、３１）を備え、
前記ロータリピストン（２０、３０）はそれぞれ、少なくとも２つのキャビティ（２７、３７）を有し、
前記少なくとも２つのキャビティのそれぞれに、弾性細長変形体（２８、３８）が配置され、
前記弾性細長変形体は、チューブ（３８Ｂ）又は弾性中実ロッドを備え、
前記シールストリップ（２１、３１）は、前記キャビティ内に突出し、前記キャビティ内に受け入れられた前記弾性細長変形体（２８、３８）に突き当たり、前記弾性細長変形体（２８、３８）によって半径方向外側に押されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の態様において、請求項１の前文に記載のロータリピストンエンジンに関する。
【０００２】
第２の観点において、本発明は、請求項１３の前文に記載のロータリピストンエンジンを動作させる方法に関する。
【０００３】
ロータリピストンエンジンは、エネルギーを変換するために、特に、流れる流体の圧力エネルギー又は運動エネルギーを一又は複数のロータリピストンの回転エネルギーに変換するために、様々な方法で使用される。
【０００４】
一般的なロータリピストンエンジンは、内部空間を形成するハウジングと、内部空間に配置された少なくとも２つのロータリピストンとを備える。内部空間には、内部空間を通して流体を案内するための入口開口及び出口開口が配置されている。流体は、特に、ロータリピストンが流れる流体によって駆動されることが可能なように、ロータリピストンに沿って流れる。
【０００５】
原則として、流体は、任意の種類、例えば、任意の液体、任意の気体、又はこれらの混合物からなるものでもよく、固体粒子を含んでもよい。使用される流体は、特に、ロータリピストンエンジンの適用分野によって、異なる。例えば、流体は、内燃機関又は別の燃焼力ベースのエンジンの排気ガスであってもよい。それは、廃熱が利用されるサイクルにおける流体であってもよい。これは、発電所、製造プラント、暖房設備、多くの他のプラントや設備で必要とされてもよい。
【０００６】
ロータリピストンエンジンの最大限可能なレベルの効率を確実にするためには、そのシール（密閉）特性が重要である。一般的なロータリピストンエンジンでは、各ロータリピストンが、その外周に、外側に弾性的に押される少なくとも２つのシールストリップを備える。これにより、シールストリップは、内部空間を規定するハウジングの内壁に密閉して接触することができる。
【０００７】
そのようなロータリピストンエンジンが、例えば、ＤＥ１０２００７０１９９５８Ａ１、ＧＢ５７６６０３Ａ、ＧＢ２４８６７８７Ａ、ＷＯ２０１００８１４６９Ａ２から知られている。さらに、有利に摩擦の低いロータリピストンエンジンが、本出願人により、ＥＰ３１４４４９４Ａ１、ＥＰ３１８４７５８Ａ１、ＥＰ３１４４４７１Ａ１に記載されている。
【０００８】
ロータリピストンエンジンを動作させるための対応する一般的な方法では、流体は、ハウジングの入口開口を通して導入される。ハウジングは内部空間を形成し、内部空間に少なくとも２つのロータリピストンが配置される。流体が内部空間を通って出口開口に流れるとき、流体はロータリピストンを駆動する。各ロータリピストンは、その外周に、外側に弾性的に押される少なくとも２つのシールストリップを備える。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、エンジンの可能な限り長い寿命と共に特に高効率を可能にする、ロータリピストンエンジン及びロータリピストンエンジンを動作させる方法を示すことであるとみなすことができる。
【００１０】
この目的は、請求項１の特徴を有するロータリピストンエンジン及び請求項１３の特徴を有する方法によって達成される。
【００１１】
本発明のロータリピストンエンジン及び本発明の方法の有利な変形は、従属請求項の主題であり、以下の記述でさらに説明される。
【００１２】
上記の種類のロータリピストンエンジン及び上記の種類の方法において、各ロータリピストンは、本発明によれば、少なくとも２つのキャビティを有し、少なくとも２つのキャビティのそれぞれに、チューブ又は弾性中実ロッドを備える弾性細長又は円筒変形体が配置される。シールストリップは、キャビティ内に突出し、各キャビティ内に受け入れられたチューブ又は弾性中実ロッドに突き当たり、これにより、シールストリップは、半径方向外側に押される。
【００１３】
チューブ又は中実ロッドは、詳細には、シリコーン又は別の弾性非金属材料からなるか、或いはそれを含んでもよい。
【００１４】
有利には、弾性細長又は円筒変形体は、その全長にわたりシールストリップにほぼ均一な圧力を生じさせる。ここで、その長さは、ロータリピストンの軸方向の寸法である。さらに、円筒変形体の形状及び構成は、安定して長持ちする設計を提供し、変形体に亀裂が生じた場合でも、シールストリップに十分な圧力を加える機能を依然として十分に発揮する。したがって、変形体が損傷した場合にエンジンを損傷する実質的なリスクがなく、これは、特に金属の弾性手段と比較して重要な利点である。
【００１５】
従来技術では、金属ばねは一般に、シールストリップを外側に付勢するために使用される。金属ばねが損傷又は破損すると、金属の破片がエンジンの他の部分に侵入し、そこに大きな損傷を生じさせるおそれがある。さらに、金属ばねは比較的小さな領域でのみ圧力をかけるので、シールストリップはその長さにわたり均一に外側に押されない。しかし、圧力が不均一又はむらになると、必然的に、一部の領域で不必要に高い圧力が発生して摩擦損失が不必要に増加する一方で、別の領域では圧力が低すぎて十分な密閉が得られずエンジンの効率レベルを低減させる場合がある。
【００１６】
ＤＥ１０２００７０１９９５８Ａ１では、例えば、シールストリップ４の長さにわたる均一な圧力を達成しない金属板ばね１７が使用されている。さらに、金属板ばねの破損は、エンジンに深刻な損傷を生じさせる可能性がある。ＧＢ５７６６０３Ａでは、同様に均一な圧力を加えないコイルばね１９が使用され、実際には金属で作られる。同等の方法で、ＧＢ２４８６７８７Ａでは、ばね５２が使用され、ＷＯ２０１００８１４６９Ａ２では、コイル形状で示されるばねが使用されている。特に、ここでは、振動によって、ばねが損傷してエンジンに損傷を生じさせるという重大なおそれがある。
【００１７】
対照的に、本発明は、シールストリップにより、より均一でより摩擦が低い密閉を提供し、材料の疲労によるリスクが低減される。好ましくは、変形体は、非金属材料、特に、ゴム、例えばシリコーン又は他のシリコーン有機化合物などのシリコーンエラストマー、炭素、ナイロン、又はプラスチックを含む、或いはこのような材料からからなる。このようにして、シールストリップの弾性手段全体が、金属なしで設計されてもよい。
【００１８】
規定されたメンテナンス間隔の後でとりわけ簡単に円筒変形体を交換できることは、さらなる利点である。コイルばねの場合のようにモータを精密に位置決めする必要はない。
【００１９】
また、円筒変形体が受け入れられるキャビティは、円筒形であってもよく、ロータリピストンの長手方向に、詳細にはロータリピストンの長手方向軸／回転軸に平行に延びてもよい。キャビティ及びキャビティに受け入れられる変形体はそれぞれ、関連するシールストリップから半径方向内側に配置される。原則として、あるキャビティから別のキャビティに変形体が移動できず、変形体が基本的に固定された位置に保持され、単に変形するだけで、変位しないか殆ど変位しないことが保証されていれば、キャビティが相互に接続されてもよく、或いは、共通の空きスペースでキャビティが形成されてもよい。
【００２０】
チューブ／円筒変形体は、キャビティの全長にわたり延びていてもよく、これにより、チューブは、全長にわたり関連するシールストリップと接触してシールストリップを外側に押す。詳細には、この接触は、従来使用されるコイルばね又は板ばねとは対照的に、キャビティの全長にわたり連続的であり、隙間がないか、或いは、途切れない。
【００２１】
キャビティ内の変形体は、一体的に形成されてもよく、或いは、原則として、キャビティ内に長手方向に前後に配置された複数の別個の円筒変形体ユニット、例えば、一列に並べられた複数のチューブによって形成されてもよい。したがって、チューブは複数のチューブ部品によって形成されてもよく、或いは、ロッドは複数のロッド部品によって形成されてもよく、このような複数の部品が各キャビティにおいて重ねて（上下に）配置されてもよい。文言の単純化された使用のため、本明細書において、概して、キャビティに配置された「１つの」（即ち１の）変形体又は「１つの」（即ち１の）チューブが言及される。これは、同じ又は異なる設計を有するさらなる変形体／チューブが同じキャビティ内に追加的に配置されないことを意味すると解釈されるべきではない。これは、同じキャビティ内の複数の変形体の１つに亀裂が形成される可能性に関して特定の分離を達成するために有利であり得る。チューブ又はチューブ部品は中空体を表すが、中実ロッド又はロッド部品は中空ではない。細長ロッド形状はまた、それ自体が、例えば球体又はボール形状であるような異なる外径又は形状を有する複数の中実ロッド部品によって形成されてもよく、これらは互いに積み重ねられて中実部品からなるロッドを形成してもよい。チューブ部品とロッド部品を組み合わせることも可能である。しかし、簡単なメンテナンス又は交換手順を容易にするため、各キャビティに対して１つの変形体を設けることが有用であり得る。「細長」変形体の説明は、その長さ（又は関連するロータリピストンの回転軸の方向の寸法）がその直径（又はロータリピストンの回転軸に垂直な方向の寸法）の少なくとも５倍であると規定されてもよい。
【００２２】
弾性円筒変形体をチューブとして構成することにより、高い安定性と長い寿命が得られると共に、ばねの移動量が大きくとりわけ高い弾性が得られる。チューブは細長い中空体であると理解されるべきであるが、変形体は原則として中実ロッド形状を有してもよく、これにより、特定の条件下で寿命がさらに向上してもよい。好ましくは、変形体自体は弾性材料からなるが、弾性支持軸受が非弾性円筒体／変形体をシールストリップに押し付けることも考えられる。
【００２３】
変形体の断面は、円形又は楕円形であってもよく、説明したように、中空リング形状が使用されてもよい。しかし、他の断面形状又は外径、例えば角のある形状、矩形、星形などが使用されてもよい。断面は、本明細書全体において、ロータリピストンの長手方向軸又は回転軸に垂直な断面と見なされるべきである。チューブ又は中実ロッドの断面にわたる互いに垂直な２つの断面寸法を、本件では、Ｘ断面寸法及びＹ断面寸法という。チューブ又は中実ロッドのＸ断面寸法及びＹ断面寸法は、略等しいサイズであってもよく、例えば互いに最大１０％ずれていてもよい。これは、例えば薄い金属板で形成された板ばねとは異なる。
【００２４】
円筒形状は、変形体が、細長い形状を有し、ロータリピストンの軸方向における寸法が断面寸法の少なくとも５倍以上であることであると理解できる。円筒形は、その長さにわたり同じ断面形状又はサイズを有してもよい。
【００２５】
チューブ又は変形体は、変形体が受け入れられたキャビティの半径に略等しい外半径を有してもよい。キャビティの断面が円形でない場合、その半径は、キャビティの中心点からキャビティの壁までの最短距離とみなしてもよい。
【００２６】
キャビティは、円形断面の代わりに、断面において、円の一又は複数の部分と、さらに、異なる形状の一又は複数の部分とを備えてもよく、これにより、チューブ状変形体のキャビティへの導入を容易にしてもよい。
【００２７】
各キャビティは、その断面において、関連するロータリピストンの半径方向における寸法と、これに垂直な寸法、即ち、関連するロータリピストンの周方向における寸法を有していてもよい。半径方向における寸法は、周方向における寸法よりも小さくてもよい。これにより、チューブ又は変形体が挿入されたときに、キャビティの一部が周方向においてまだ空いている一方で、チューブ又は変形体が半径方向においてキャビティを満たすか、又は可能な限り広範囲に満たすことが確実にされてもよい。ロータリピストンの半径方向においてチューブが圧縮された場合、チューブは、まだ空いているキャビティの部分に拡張してもよい。このようにして、チューブの可能な半径方向圧縮距離が増加する。
【００２８】
シールストリップはそれぞれ、その断面において、中央の幅広領域を有してもよい。この中央の幅広領域は、ロータリピストンのそれぞれにおける対応する保持溝に係合する。これにより、ロータリピストンの半径方向において外側へのシールストリップの移動空間が制限される。中央の幅広領域は、半径方向において中央にあるシールストリップの領域に形成された幅広部であると理解される。外側への移動空間の制限により、高速回転時には、遠心力によってシールストリップが外側に強く押されなくなる。
【００２９】
つまり、したがって、ロータリピストンは、スロットを介して半径方向外側に開いているキャビティを有する。スロットには、シールストリップが配置されている。スロットは、シールストリップにより、側方に密閉して満たされてもよい。スロットはキャビティ内の変形体よりも狭いので、変形体はスロットを通って出ることができない。スロットの中央領域に、即ち、キャビティに直接隣接せず、スロットの半径方向外側の端でもない位置に、より広い開口が配置され、これを保持溝という。シールストリップは、この広い開口内に突出しているため、その移動空間は半径方向に制限される。
【００３０】
保持溝の代わりに又はこれに加えて、シールストリップの外側への移動を制限するために、他の機構を設けてもよい。例えば、スロット及びシールストリップは、外側に（半径方向に）先細になってもよい。シールストリップの内側の厚い（幅広の）領域により、シールストリップがスロットを通って外側に移動することを防止する。
【００３１】
シールストリップは、最初は、密閉に必要とされるよりも幾分大きい半径方向寸法を有してもよい。次に、シールストリップに殆ど摩擦がなく、したがって摩耗が殆どない半径方向の長さに到達するまで、動作中に、過剰な材料がこすり落とされる。
【００３２】
シールストリップはそれぞれ、断面において、関連するロータリピストンの半径方向に規定される長さ又は半径方向の長さと、それに垂直な幅とを有する。半径方向の長さは、幅よりも少なくとも３倍大きくてもよい。シールストリップの側部の比は、圧力下でのシールストリップの変形に関係する。詳細には、シールストリップがロータリピストンのそれを取り囲む歯と共に、別のロータリピストンの窪みに係合する場合、シールストリップを僅かに内側に変形させるために、シールストリップへの圧力が重要である。これにより、シールストリップと窪みとの間の摩擦が減少する。詳細には、空気膜又は空気潤滑が形成されてもよく、これにより、シールストリップと別の回転ピストンとが、接触しないか、又は殆ど接触しない。したがって、材料の摩耗が最小限になる。しかし、この所望の効果は、シールストリップの半径方向の変形が圧力下で十分に大きい場合にのみ起こり得る。このため、シールストリップの半径方向の長さは、シールストリップの幅の少なくとも３倍でなければならない。これは、例えば、幅広で短いシールストリップ５４が所望の変形を達成することができないＧＢ２４８６７８７Ａとは対照的である。
【００３３】
本発明のさらなる実施形態において、ロータリピストンはそれぞれ、その外周に歯車を備えることが、一般的なロータリピストンエンジンにおいて提供されてもよい。２つのロータリピストンの歯車が互いに噛み合い、両者の間にシール接続が形成される。さらに、２つのピストンの互いに対する規定された回転位置と、２つのロータリピストンの共通の回転速度とが、これにより保証される。各歯車は、以下によって遮断される。
・各歯車上で半径方向に突出し、それぞれシールストリップの１つを受け入れるためのスロットを有する、少なくとも２つの膨らみ部。
・少なくとも２つの窪み。２つのロータリピストンが共に回転すると、ロータリピストンの一方の膨らみ部が窪みに係合する。
【００３４】
この実施形態では、膨らみ部と窪みは、膨らみ部の１つが窪みの１つに係合すると、シール接触が窪みのすぐ前で歯車間に生じ、この膨らみ部とこの窪みの最初の接触が該膨らみ部の後面と該窪みの後部との間で生じるように、形成される。このため、気体含有及び気体圧縮が窪みで生じる。ロータリピストンのさらなる回転におけるさらなる気体圧縮により、圧力が非常に高くなるため、気体が徐々に逃げ、気体膜がロータリピストン間に形成される。気体膜は摩擦を低減する効果を有し、空気潤滑ともいう。これにより、エンジンの効率レベルが向上し、特にシールストリップの摩耗が非常にゆっくりと生じる。ここでの圧縮効果は液体の場合よりも大きいため、この設計は気体が流体として使用される場合に特に効果的である。しかし、液体についても、この設計が有利に使用されてもよい。
【００３５】
上記の最初の接触は、ロータリピストンが共に回転するときに、あるロータリピストンの膨らみ部と別のロータリピストンの窪みが最初に接触するか、又は互いに最も接近する点である。窪みの後部及び膨らみ部の後面は、ここでは、関連するロータリピストンの回転方向の意味で後ろであると理解されるべきである。したがって、膨らみ部は次の３つの領域を有する。
・ロータリピストンの回転方向において前方を向く、アーチ状／湾曲状の前面
・最も遠くに（離れて）突出し、シールストリップのためのスロットが形成されている中央領域
・ロータリピストンの回転方向において後方を向く、アーチ状又は湾曲状の後面
【００３６】
膨らみ部のそれぞれの形状は、スロットの両側にそれぞれ平坦領域を形成してもよい。平坦領域（中央領域）において、ロータリピストンの中心点まで規定される、ロータリピストンの半径は、減少しない。したがって、半径は、平坦領域の外側で、膨らみ部の前面と後面でのみ減少する。したがって、膨らみ部の１つが窪みの１つに係合すると、最初の接触は、窪みと平坦領域の最後部との間、又は窪みと膨らみ部の後面、つまり、平坦領域の後ろに続く、膨らみ部の湾曲領域との間で生じる。
【００３７】
シールストリップの横の平坦領域の２つの平坦な領域の寸法は共に、アーチ状の後面と別のロータリピストンの窪みの壁との間に所望の接触が生じるように、シールストリップと同じ又はシールストリップよりも広い幅である必要がある。特に、２つの平坦な領域の幅は共に、シールストリップの幅の少なくとも８０％の幅を有する必要がある。平坦領域は完全に平らである必要はなく、詳細には平坦領域がロータリピストンの中心点から測定された一定の外半径を有するように、僅かな湾曲又は屈曲も可能である。重要な利点として、膨らみ部及び窪みの形状によって、膨らみ部及び膨らみ部に保持されているシールストリップの外側端部に気体膜／空気膜が形成されて、摩擦が低減されることが保証される。この設計を、前述の円筒変形体によるシールストリップの弾性手段と一緒に使用することが特に好ましい場合がある。
【００３８】
本発明のロータリピストンエンジンは、原則として、例えば、バイオガス設備で、火力発電所で、電気を生成するため、車両又は船舶を駆動するため、特に発電所、車両、又は船舶における廃熱利用のため発電機に接続され、又は内燃機関としての構成においてなど、任意の用途に使用されてもよい。この場合、変形体／シリコーンチューブは、過度の高温の燃焼から保護する必要がある場合がある。そのため、例えば、予燃焼室が点火に使用されてもよく、燃焼中に発生する気体は、（例えばスリットローラを介して）予燃焼室から来た後にのみ、ここで説明しているロータリピストンを有する内部空間内へ通過してもよい。ロータリピストンエンジンは、ターボチャージャのタービンを置き換えても、ポンプド駆動として機能しても、ツールで使用してもよい。記載されたエンジンとしての用途では、ロータリピストンを回転させるために、流体圧力又は流体の流れが使用される。本発明の変形例では、エンジンは、流体を輸送するためにロータリピストンを回転させることにより、逆に使用されてもよく、これにより、エンジンは、ポンプ、コンプレッサ、又はコンデンサとして機能してもよい。ロータリピストンエンジンの追加の特徴として記載されている本発明の特性はまた、適切な使用で、本発明の方法の変形を生じさせる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
本発明のさらなる利点及び特徴を、添付の概略図を参照して以下説明する。
【図１】本発明の一実施形態のロータリピストンエンジンの断面図を示す。
【図２】本発明の一実施形態のロータリピストンエンジンのさらなる断面図を示す。
【図３】図２のロータリピストンエンジンの部分拡大図を示す。
【図４】図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、異なる回転位置における図２のロータリピストンエンジンの断面図を示す。
【００４０】
同一の構成要素及び同様に作用する構成要素は、概して、図面において同じ符号によって識別される。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
まず、ロータリピストンエンジン１００の本発明の一実施形態を、図１、図２を参照して説明する。ロータリピストンエンジン１００は、２つのロータリピストン２０、３０を備える。ロータリピストン２０、３０は共に回転し、流れる流体によって駆動されることが可能である。２つのロータリピストン２０、３０の回転軸は、ロータリピストン２０、３０のそれぞれの中心点を通って延びる。図１、図２の断面図は、これらの回転軸に垂直な断面図である。
【００４２】
ロータリピストンエンジン１００は、例えば金属ハウジングなどのハウジング１０を備え、ハウジング１０は、その内部に内部空間１１を形成する。内部空間１１は、入口開口１３及び出口開口１５を除いて流体密に形成されてもよい。内部空間１１において、２つのロータリピストン２０、３０は、ロータリピストン２０、３０がそれぞれ内部空間１１の壁とシール接触を形成し、それらの瞬間的な回転位置とは無関係に、互いにシール接触するように、配置される。流体が入口開口１３を通って内部空間１１に案内されるとき、流体がロータリピストン２０、３０に沿って流れてこれらを回転させると、流体は結果として出口開口１５に到達することができる。ロータリピストン２０、３０の回転エネルギーは、例えば機械的駆動装置として又は発電機によって電気エネルギーを生成するためなど、それ自体が任意の用途について原理的に知られている方法で使用することができる。
【００４３】
２つのロータリピストン２０、３０は同じ直径を有し、それぞれその外周に歯車２２、３２を有する。２つの歯車２２、３２は互いに噛み合う。これにより、２つのロータリピストン２０、３０の間で密閉が達成され、この位置で流体通路が遮断される。さらに、２つのロータリピストン２０、３０は、歯車２２、３２を介して同期して（一方は時計回りに、他方は反時計回りに）回転する。
【００４４】
さらに、各ロータリピストン２０、３０は、それぞれの歯車２２、３２上で半径方向外側に突出する２つの膨らみ部２５、３５を有する。膨らみ部２５、３５によって遮断されることに加えて、２つの歯車２２、３２はまた、窪み２４、３４によって遮断される。窪み２４、３４の領域では、それぞれのロータリピストン２０、３０は、より小さい半径を有する。ロータリピストン２０、３０が共に回転すると、一方のロータリピストン３０の膨らみ部３５が他方のロータリピストン２０の窪み２４に係合し、逆もまた同様である。
【００４５】
各膨らみ部２５、３５はスロットを有し、スロットは半径方向に延びてもよい。各スロットには、シールストリップ２１、３１が配置され、シールストリップ２１、３１は、スロットから外側に突出する。シールストリップ２１、３１は、ロータリピストン２０、３０の回転位置に応じて、内部空間の壁にシール接触することができる。
【００４６】
シールストリップとその固定及び弾性手段の設計は、エンジンの摩擦及びシール特性にとって非常に重要であり、これにより、エンジンの効率が概ね決定される。多くの場合、シールストリップとその弾性手段はまた、最も摩耗しやすい部品である。そのため、シールストリップとその弾性手段の設計はまた、エンジンのメンテナンス間隔及び寿命にとって非常に重要である。
【００４７】
各シールストリップ２１、３１は、ロータリピストンの膨らみ部２５、３５の１つのスロットに受け入れられる。スロットはそれぞれキャビティ２７、３７に通じている。従来のロータリピストンエンジンでは、そのようなスロットの端部に、例えばコイルばね、板ばねなどのばねが配置される。しかし、このようなばねは不均一な圧力を生じさせる。（図面平面から）軸方向において、板ばねはその中心にのみ高い圧力を有し、圧力は端に向かって急激に減少する。コイルばねも選択的に、つまり領域的に作用する。さらに、このような金属ばねが破損すると、小さな金属粒子がエンジンの他の部分に侵入して深刻な損傷を生じさせるおそれがある。これらの欠点は、例えばシリコーン、ゴムなどの弾性材料からなる一又は複数の円筒形変形体２８、３８を各キャビティ２７、３７に設けることによって克服される。変形体２８、３８はそれぞれ、チューブ、詳細にはシリコーンチューブ又は弾性中実ロッドからなる。シールストリップ２１、３１は、キャビティ２７、３７まで又はキャビティ２７、３７内に突出し、シリコーンチューブに突き当たる。これにより、シリコーンチューブが圧縮され、シールストリップ２１、３１に半径方向外側に向けられた圧力を加える。この円筒変形体は、軸方向長さにわたって均一な圧力が加えられるように、軸方向において等しい断面を有してもよい。さらに、金属部品を使用しないため、チューブ/変形体が破損した場合でも、エンジンが損傷するおそれがない。
【００４８】
図２は、例示の目的で、ロータリピストン３０において、関連するチューブを伴う１つのシールストリップのみを示し、一方、第２のキャビティ３７及びそれに隣接するスロットは空で示す。もちろん、使用中、キャビティ３７内の弾性手段としてのチューブとスロット内のシールストリップとがここに配置される。
【００４９】
各ロータリピストンは対称に構成されてもよい。つまり、膨らみ部の形状、シールストリップ、及び流体流入側への窪みは、ロータリピストンの回転方向とは無関係である。したがって、ロータリピストンエンジンは、両方の回転方向で同様に動作してもよい。方向を変えるために、流体の導入は単に逆にされて、出口開口１５を通って内部空間１１に導入され、入口開口１３を通って外に出される。
【００５０】
図３にロータリピストン３０の部分拡大図を示す。シールストリップ３１は、膨らみ部３５を越えて半径方向外側に突出し、キャビティ３７内に内側に突出する。キャビティ３７において、ここでは、中空チューブ３８Ｂが、変形体３８として使用される。シールストリップ３１は、中央領域に幅広（厚い）領域３１Ａを有する。シールストリップ用の空隙又はスロットは、対応する位置に凹部（保持溝）を有し、その中に幅広領域３１Ａが突出する。したがって、シールストリップ３１は、十字形の断面を有する。これにより、シールストリップ３１はスロット内に保持され、半径方向外側にも半径方向内側にもスロットから出ることができない。シールストリップ３１の断面寸法及びスロット上の凹部の位置は、シールストリップ３１がキャビティ３７内に突出し、（エンジンが静止しているとき）チューブ３８Ｂを圧縮するように選択される。したがって、チューブ３８Ｂは予め張力がかけられており、エンジンの静止状態において又はエンジンの始動時に、シールストリップ３１とハウジングの内壁とをシール接触させる。チューブ３８Ｂは円形の断面を有し、この断面は、予張力なしでは円形状であり、シールストリップ３１に対する予張力によりアーチ形状又は楕円形状を有してもよい。エンジンが高速になると、遠心力によってシールストリップが外側に押され、シール効果が得られる。シールストリップの外側への圧力／押しつけが不必要に大きくならず不必要な摩擦を生じさせないことを確実にするために、幅広領域３１Ａにより、シールストリップ３１の移動空間が外側方向において制限される。これにより、より高い遠心力でシールストリップ３１がそれ自体の重さにより外側に押される場合、シリコーンチューブ３８Ｂは負荷がかからず、これはシリコーンチューブ３８Ｂの寿命にプラスの影響を与える。
【００５１】
シールストリップ３１の幅広領域３１Ａはまた、原則として、その内側端部に形成されてもよく、したがって変形体３８に直接接触してもよい。しかし、シールストリップとの接触領域が大き過ぎない場合、変形体３８の可能な圧縮距離はより大きく、そのため、幅広領域３１Ａが中央領域に形成されると有利である場合がある。さらに、幅広領域３１Ａはまた、シールストリップ３１の内側への移動の可能性を制限し、これにより、メンテナンスの目的のための変形体３８の交換を容易になる。
【００５２】
シールストリップ２１、３１のシール作用は、ハウジングの内壁との接触にとって望ましい。一方、２つのロータリピストン２０、３０の間の密閉は、噛み合い歯車２２、３２によって、また窪み２４、３４に係合する膨らみ部２５、３５によって、既にもたらされている。したがって、シールストリップ２１、３１と窪み３４、２４との間の接触は必要でなく、逆に、シールストリップ２１、３１がすり減らされてより早く交換される必要があるため、望ましくない場合さえあり得る。
【００５３】
これらの欠点を解消するために、ロータリピストンとシールストリップの特別な形状が使用され、ロータリピストン間の摩擦がとりわけ低くなる。これについて、図４Ａ〜図４Ｃを参照してより詳細に説明する。これらの図面は、２つのロータリピストン２０、３０の間の接触領域を示し、図面は、ロータリピストン２０、３０の瞬間的な回転位置が異なる。図４Ａでは、膨らみ部２５はまだ窪み３４の外側にあるが、図４Ｂでは、膨らみ部２５は窪み３４にちょうど入っていくところであり、図４Ｃでは、膨らみ部２５は窪み３４にほぼ完全に受け入れられている。
【００５４】
ロータリピストン２０、３０間のシール接触は、膨らみ部２５が窪み３４の壁に接触する前に、噛み合い歯車２２、３２により図４Ａで既に達成されている。したがって、窪み３４は内部空間１１の流体によって満たされ、ここで、歯車２２、３２により、流体が２つのロータリピストンの回転方向に窪み３４から離れることが防止される。膨らみ部２５が窪み３４に押し込まれると（図４Ｂ）、窪み３４内の流体が圧縮される。窪み３４内の高い圧力により、シールストリップ２１がそのスロットに押し込まれる。これにより、シールストリップ２１は、窪み３４の壁と接触しないか、又は殆ど接触しないので、シールストリップ２１には摩耗又は摩擦が殆どない。ロータリピストン２０、３０がさらに回転すると、圧縮空気／圧縮流体が窪み３４から、ピストン２０、３０の回転方向とは逆の方向に逃げる（ピストンの回転方向では、歯車において、常に、各ピストンの少なくとも２つの歯が他方のピストンの２つの溝に噛み合っており、これにより、流体が逃げることができない）。この空気の逃げによって、シールストリップ２１と膨らみ部２５に空気膜又は空気潤滑が生じ、これにより、接触が低減されて、不要な摩擦が回避される（図４Ｃ）。この有利な効果は、空気圧縮によって発生するノイズにより、実験的に明確に示すことができ、膨らみ部は窪みに係合するが空気圧縮と摩擦を低減する空気膜とにつながる適切な密閉が生じないような従来の構造と区別することができる。
【００５５】
例えば、ＧＢ２４８６７８７Ａには、高い空気圧縮を可能にするために必要となる、回転方向に十分な密閉を生じさせる歯のシステムは開示されていない。さらに、以下でより詳細に説明するように、膨らみ部の形状は重要である。図３に示すように、膨らみ部は、湾曲側方領域３５Ａ、３５Ｃを介して歯車３２に至る平坦領域（中央直線領域）３５Ｂを有する。収容されたシールストリップ３１を窪み２４の壁に対する摩耗から保護するために、シールストリップが窪みの壁に接触する前に窪み２４に空気圧縮が生じると有利である。このため、膨らみ部３５が窪み２４に入ると、膨らみ部３５と窪み２４との間に、膨らみ部３５におけるシールストリップ３１の後ろの位置で（即ち、回転方向において見て後ろに）最初の接触（又は非常に短い距離）が生じてもよい。これは、図３の湾曲領域３５Ｃ（湾曲部３５Ｃ）、又はシールストリップ３１と湾曲領域３５Ｃとの間の平坦領域３５Ｂのいずれかである。これを達成するためには、膨らみ部３５は十分に広くなければならない。これは、特に、シールストリップ３１と湾曲領域３５Ｃとの間の平坦領域が、シールストリップ幅の少なくとも４０％に対応する場合であってもよい。
【００５６】
好ましくは、このような空気膜の摩擦低減の利用が、シリコーンチューブ又は同様の円筒変形体により、シールストリップ弾性手段と共に使用される。したがって、本発明は、摩耗が少ないと同時に優れたレベルの効率を有するロータリピストンエンジンを提供する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際調査報告】
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