(57)【要約】【課題】ピストン運動を運動学的に可変できるようにしたロータリピストンマシンを提供する。【解決手段】クランクシャフトのクランクピン５に支持され、角度位置が本質的に変化しないように保持装置により保持されたロータリピストン６を有し、該ロータリピストンは周面に凹凸面（１２，１３，１２′，１３′）を形成しており、ハウジングの周面に形成された凹凸面（１４，１５，１４′，１５′）と、チャンバをそのサイズを変えながら形成するように係合させたロータリピストンマシンにおいて、保持装置はクランクシャフトに対して離隔して配置され、クランクシャフトに平行な軸の回りに回転可能に且つクランクシャフトの方向へ移動可能にロータリピストンをハウジングにマウントするためのベアリング装置（９，１０，１１）を有し、クランクシャフトとベアリング装置のピボット軸受９との間隔を調整できるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）不動のハウジング（１）に収容されたクランクシャフトのクランクピン（５，５′）に支持され、ハウジングに対してその角度位置が本質的に変化しないように保持装置（８，９，１０，１１）によって保持されたロータリピストン（６）を有し、前記ロータリピストンは、その周面に少なくとも一対の凹凸面（１２，１３；１２′，１３′）を形成しており、該凹凸面はロータリピストンを囲んでいるハウジングの周面（３）上に配置された凹凸面の関連付けられた一対（１４，１５；１４′，１５′）と係合し、前記凹凸面の対はクランクシャフトの回転の角度範囲に亘ってチャンバを形成しながら且つ該角度範囲に亘ってチャンバのサイズを変えながら互いに係合するように構成した形式のロータリピストンマシンであって、
ｂ）前記保持装置が、クランクシャフト（Ｍ１）に対して離隔して設置され、クランクシャフト（Ｍ１）に平行な軸（９）のまわりに回転可能に且つクランクシャフトの方向へ移動可能にロータリピストン（６）をハウジング（１）にマウントするためのベアリング装置（９，１０，１１）を有する形式のものにおいて、
ｃ）クランクシャフト（Ｍ１）とベアリング装置（９，１０，１１）のピボット軸受（９）との間の間隔を調節できるようにしたことを特徴とするロータリピストンマシン。
【請求項２】
ロータリピストン（６）が、保持ロッド（８）を介してベアリング装置（９，１０，１１）に結合されていることを特徴とする請求項１に係るロータリピストンマシン。
【請求項３】
ロータリピストン（６）が、アーム（２０）を介して離隔してクランクピン軸受（１９）を支持していることを特徴とする請求項１に係るロータリピストンマシン。
【請求項４】
ベアリング装置（９，１０，１１）が、移動可能に支持するための装置としてピストン／シリンダユニット（１０，１１）を有することを特徴とする請求項１に係るロータリピストンマシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロータリピストンマシンに関する。
【背景技術】
【０００２】
請求項１の特徴グループａを有するロータリピストンマシンは、ＥＰ０６４４９８１Ｂ１から公知であり、この種のタイプのマシンを理解するため、上記公報の全内容を参照する。
【０００３】
上記公報から明らかな如く、このタイプのマシンの場合、ピストン（ロータリピストン）は、ハウジングに支持したクランクシャフトのクランクピンに支持され、この際、平行回転を行い、この場合、その回転中、ハウジングに対するその角度位置を保持する。この種の回転は、以下において、平行回転（Ｐarallelrotation ）と呼ぶ。
【０００４】
更に、上記公報に詳述されている如く、ピストンは、その周面に、ハウジングの周壁の凹面／凸面対と関連してチャンバを形成する状態で係合し、且つ解離する１つ又は複数の凸面／凹面対を有する。チャンバ形成係合中、１つのチャンバにおいて、ピストンの凸面及び凹面が、それぞれ、周壁の凹面及び凸面に沿って密封状態で走行し、１つのチャンバを閉鎖し、このチャンバは、更に、上記公報の場合、ハウジングの側壁によって側方において密封される。チャンバ形成係合中の回転時に、チャンバの容積は、特に、有利には極めて大きい圧縮比で変化される。
【０００５】
このような機構は、上記公報に記載の如く、各種の目的に、例えば、ポンプとして、内燃機関として、且つ、特に、１段で、すなわち、１つのチャンバ内で、極めて大きい圧縮を達成できるガスコンプレッサとして使用できる。
【０００６】
クランクシャフトにピストンを支持する場合、第１に、クランクシャフトのまわりのピストンの角度位置は、不確定である。すなわち、クランクシャフトの回転時にハウジングに対するピストンの角度位置の変化を阻止する保持装置が必要である。上記の公知の構造の場合、このため、角度に同期して回転するように構成されたピストンを支持する１つ又は複数の他の偏心シャフト（追加クランクシャフト）が設けられている。
【０００７】
公知の構造の場合、ピストンに支持した必要な複数のクランクシャフトが不都合である。上記クランクシャフトは、離隔して支持しなければならず、したがって、ピストン内の大きなスペースを占有し、構造的可能性を著しく制限する。更に、ピストンのクランクピンは、間隔を置いて設けなければならないので、ピストンの縁に、即ち、ピストン周面に構成されたチャンバの近傍に配置しなければならず、この場合、大きな熱的負荷を受けることになる。かくして、マシンの耐久性の問題が生ずる。
【０００８】
請求項１の特徴グループｂを有するロータリピストンマシンは、ＤＥ３２３１７５６Ａ１から公知である。この場合、上記の公知の構造の場合と同様に平行回転状態で駆動される螺旋状ピストンを有するピストンが対象である。この公報の図３，４に示した如く、ピストンの平行案内のための保持装置として、クランクシャフトに対して設けたベアリング装置を使用する。このベアリング装置は、最初に挙げた公報の追加クランクシャフトからなる支持装置よりも本質的に簡単である。このベアリング装置は、僅かな傾動成分でほぼ平行な回転運動のみを生じ、上記傾動成分は、クランクシャフトとベアリング装置との間の間隔を対応して大きく選択すれば許容でき、あるいは、ピストン及び／又は周壁のチャンバ形成面の僅かな形状変更によって補償でき、したがって、非密封問題が現れることはない。チャンバ形成壁範囲の配置により、著しく大きい構造的自由度が得られる。更に、出力を同一としてマシンをより小さい構造に構成でき、熱的利点も得られる。ベアリング装置は、ＤＥ３２３１７５６Ａ１の図３，４の変更例として構成でき、この場合、ピストンは、平行に案内したすべり部材に回転自在に支持されるか、回転自在に支持したすべり部材に縦方向へ摺動自在に支持される。
【０００９】
上記のすべての公知の構造には、ピストン運動を運動学的に変更できないという欠点がある。
【特許文献１】
ＥＰ０６４４９８１Ｂ１
【特許文献２】
ＤＥ３２３１７５６Ａ１
【特許文献３】
ＤＥ１９５００７７４Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、上記双方の公知の構造の利点を有し、しかも、ピストン運動が運動学的に可変なロータリピストンマシンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の特徴グループｃに基づき、間隔が大きい場合には走行運動が傾動のない厳密な平行回転により近似され、あるいは、間隔が小さい場合にはより大きい傾動運動が生ずるように、クランクシャフトとベアリング装置のピボット軸受との間の間隔を調整することによって、ピストンの作動運動学的な調整を行うことができる。傾動運動の増大と共に、あるいは、正規長さからずれが生じ、そのずれによりチャンバ面を合わせる場合、チャンバの非密封性が生ずる。これは、例えば、無負荷運転時に、高い非密封性で、すなわち、僅かな消費力で且つ円滑な運動状態でマシンを作動させるのに有利に利用できる。
【００１２】
請求項２の特徴を適用すれば有利である。この構造の場合、ピストンは、冒頭に述べた公報に基づき公知の態様で構成できる。保持ロッドは、適切な箇所に据付けられ、離れた位置にあるベアリング装置に至る。
【００１３】
クランクピンは、ピストンに、好ましくは、熱的負荷の少ない箇所に、すなわち、チャンバ形成壁に対して離隔して設ける。したがって、それ自体はＤＥ１９５００７７４Ａ１から公知の請求項３の特徴を適用するのが好ましい。かくして、クランクピン軸受は、ピストンから完全に引出され、ピストンに並置される。かくして、クランクピン軸受を、例えば、新鮮空気が貫流する箇所に配置すれば、クランクピン軸受の熱的問題を極めて効果的に解決できる。
【００１４】
請求項４の特徴を適用すれば好ましい。ピストン／シリンダ・ユニットは、ベアリング装置に必要な可動性を生ずる。このような構造の場合、連接棒軸受の態様でピストンに保持ロッドを回転自在に軸支することによって、あるいは、シリンダをハウジングに回転自在に軸支することによって、簡単に、ピボット軸受を設けることもできる。ピストン／シリンダ・ユニットを他の圧縮チャンバ又は膨張チャンバとして、例えば、コンプレッサの後圧縮段として使用できるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１６】
添付の図１は、本発明に係るロータリピストンマシンの実施例の、クランクシャフトに直角な方向の断面図である。
【００１７】
図示のロータリピストンマシンは、内側周壁３を有する内部チャンバ２を囲む不動据え付けのハウジング１を有する。内部チャンバ２は、紙面に平行に、紙面の下方の側壁４によって閉鎖されている。これに平行に、紙面の上方に、他の側壁（図示してない）が設けられている。
【００１８】
側壁４及びこれに平行な他の側壁には、中心Ｍ２を有し半径方向へずれたクランクピン５を有するクランクシャフトが中心Ｍ１で支持されている。クランクシャフトの回転時、クランクピン５の中心Ｍ２が、破線で示した円に沿ってクランクシャフトの中心Ｍ１のまわりに回転する。
【００１９】
クランクピン５には、ロータリピストン６が支持されている。このロータリピストンには、中ぐり孔７に、保持ロッド８が取り付けられている。保持ロッド８の自由端は、クランクシャフトに平行な軸を有するピボット軸受９を介して、ハウジング１に固定されシリンダ軸をクランクシャフトの領域へ向けたシリンダ１１内を走行する昇降ピストン１０に支持されている。
【００２０】
クランクピン５がＭ１のまわりに回転すると、明らかに、昇降ピストン１０が、シリンダ１１内を昇降し、この場合、保持ロッド８は、昇降ピストン１０のピボット軸受９のまわりに僅かに旋回する。すなわち、ピストン／シリンダ・ユニット１０，１１は、ハウジング１に対して本質的に角度不変にロータリピストン６を支持するベアリング装置を形成する。この場合、ロータリピストンは、平行回転時、僅かな傾動を行うに過ぎない。この傾動は、クランクシャフトとベアリング装置９，１０，１１との間の間隔に依存する。間隔が大きい場合、傾動は、無視できるほど小さく、したがって、ほぼ、真の平行回転が生ずる。
【００２１】
ロータリピストン６の周面には、凸面１２及び隣接の凹面１３からなる第１面対が設けてられている。ハウジング１の周面３には、これに関連して、凹面１４及び凸面１５を有する第１面対が形成されている。クランクピン５がクランクシャフトのまわりに時計方向へ回転した場合、チャンバは、クランクピン５の図示の角度位置において、まさに、面対１２，１３及び１４，１５の間で、凹面１４上の点Ａにおける凸面１２との密封及び凸面１５上の点Ｂにおける凹面１３との密封によって、且つ側壁４によって、閉鎖される。クランクピン５が更に回転すると、ロータリピストンの凸面１２が、周壁の凹面１４上を密封状態で走行する。同じく、ロータリピストンの凹面１３は、周壁の凸面１５上を走行する。壁の間に形成されたチャンバの容積は、連続的に減少する。なぜならば、密封点Ａ，Ｂが、相対運動されるからである。クランクピン５がある程度の角度だけ回転すると、ロータリピストン６の周面が、周壁３から離れ、チャンバを開放し、次いで、図示の位置において、容積の大きいチャンバを再び新たに閉鎖する。
【００２２】
すなわち、クランクシャフトのまわりの時計方向のクランクピン５の上記の回転方向において、常に再び大きい容積を形成して閉じるチャンバが生じた場合、容積が、縮小され、再び開放する。この構造は、コンプレッサとして使用できる。この場合、低圧のガス流が、入口１６を介してハウジング１の内部チャンバ２に流入し、チャンバの閉鎖と共に閉じ込められ、ロータリピストン６の更なる回転と共に圧縮される。この場合、チャンバ容積最小の時点は、排出弁１７を設けた箇所にあり、この場合、上記排出弁17は、単に外方へ開く逆止め弁として構成でき、適切な接続手段を介して圧縮ガスを排出するための高圧ダクト１８に接続されている。
【００２３】
図示の実施例の場合、ロータリピストン６及びハウジング１には、それぞれ、同様に第２チャンバを形成する第２面対が設けられている。上記チャンバの部分には、それぞれダッシュで特徴づけた、上述のチャンバの符号を付して示している。図示の実施例の場合、第２チャンバは、位相を変えて作動する。１つのチャンバが閉じ圧縮されると、他のチャンバが開かれ、入口１６′を介して新鮮空気を吸入できる。
【００２４】
ロータリピストン６の可能な構造変更に関して、及びチャンバ形成の詳細に関して、且つまたコンプレッサ、内燃機関などとしての、この構造の利用可能性に関しては、ＥＰ０６４４９８１Ｂ１の内容を参照する。この公報に開示のすべての変更例は、本発明においても可能である。
【００２５】
本発明の図示の実施例の場合、ベアリング装置９，１０，１１は、ロータリピストン６の軸受を回転支持するため、昇降ピストン１０及びシリンダ１１を装備している。このピストン／シリンダ・ユニットは、圧縮チャンバ又は膨張チャンバとして使用でき、このため、シリンダチャンバは、昇降ピストン１０の下方に、導入ダクト、排出ダクト及び対応する弁（図示してない）を備えている。図示の構造をコンプレッサとして使用する場合、例えば、ロータリピストン６に面対によって形成された双方のチャンバは、異なる大きさに構成でき、前圧縮段及び後圧縮段として作動させ、他方、ピストン／シリンダ・ユニット１０，１１は、第３の後圧縮段として使用される。
【００２６】
しかしながら、保持ロッド８の自由端のベアリング装置は、全く異なる態様に構成できる。この場合、傾動及びクランクシャフトＭ１の方向の往復運動が許容されることを保証すればよい。図示のピストン／シリンダ・ユニット１０，１１の簡単な変更例の本質は、例えば、保持ロッド８を昇降ピストン１０に剛に固定し、シリンダ１１をハウジング１に旋回自在に支持することにある。ベアリング装置は、同一の運動学性を有するように構成できるが、ピストン／シリンダ・ユニットの構造なしに構成できる。
【００２７】
本発明に係る構造の場合、ロータリピストン６は、公知の構造とは異なり、クランクピン５にのみ支持されているので、このクランクピン５は、ロータリピストンの任意の箇所に設けることができる。上記クランクピン５は、特に、チャンバ形成面１２，１３又は１２′，１３′から非常に離して設けることができる。かくして、極めて高温のチャンバからクランクピン５及びクランクシャフトの軸受への伝熱が減少され、上記軸受は、熱負荷が軽減される。構造変更例の場合、クランクシャフトは、ロータリピストン６の外に、熱的に良好に保護された箇所に設けることができる。これを、図面に破線で示した。周壁３の側部隆起部３′には、クランクシャフトがＭ１′に支持されている。クランクピン５′は、アーム２０又はロータリピストン６の他の延長部によって、ロータリピストン６に固定された支持孔１９に支持されている。この箇所には、新鮮空気の範囲に且つチャンバ形成面から十分に離して、クランクシャフトが熱的に極めて保護されて設けられている。
【００２８】
クランクピンは、図示してない態様で、ロータリピストン６の熱的に負荷される範囲からできる限り離れた他の箇所に離して設けることもできる。この場合、ロータリピストン６の傾動が最小化されるように、クランクピン軸受１９とベアリング装置９，１０，１１との間の距離をできる限り大きく選択するのが好ましい。したがって、クランクシャフト軸受は、ロータリピストンのベアリング装置とは離れた側面に設けるのが好ましい。
【００２９】
図示の本発明に係るロータリピストンマシンの場合、既述の如く、ロータリピストン６の近似的平行回転が生ずるが、この平行回転には、サイクリックな僅かな傾動が重畳する。１つのチャンバの紙面にほぼ円弧状に構成されたチャンバ形成面１２，１３：１４，１５及び他のチャンバのダッシュを付した対応する面は、傾動が重畳した本発明に係る平行回転において常にチャンバを密封状態で閉鎖するため、ＥＰ０６４４９８１Ｂ１から公知の正確な円形に対して僅かに変更しなければならない。予測される曲線形状は、ベアリング装置９，１０，１１に対するクランクシャフト中心Ｍ１の特定の距離において生ずる。この場合、図示のマシンは、最適なチャンバ密封状態で作動する。
【００３０】
しかしながら、クランクシャフトとベアリング装置９，１０，１１との間の間隔を変更することができる。このため、例えば、保持ロッド８は、ロータリピストン６の中ぐり孔７内において可動なように、構成でき、かくして、保持ロッドは、例えば、終点位置８′から８″へ移動できる。位置８′から位置８″への移動時、ベアリング装置からクランクシャフトまでの距離が減少され、したがって、傾動が増強される。位置８′においてロータリピストン６及び周壁３のチャンバ形成面を算出すると、上記面は、位置８″では、もはや完全には密封できない。
【００３１】
しかしながら、これは、特定の目的のために有利に使用できる。チャンバの密封状態が不完全な場合、コンプレッサの入力が低下し、より円滑な回転が現れる。したがって、このような調整は、例えば、無負荷調整として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るロータリピストンマシンの実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ハウジング
２  内部チャンバ
３  内側周壁
４  側壁
５  クランクピン
６  ロータリピストン
７  中ぐり孔
８  保持ロッド
９  ピボット軸受
１０  昇降ピストン
１１  シリンダ
１２，１２′  凸面
１３，１３′  凹面
１４，１４′  凹面
１５，１５′  凸面
１６，１６′  入口
１７，１７′  排出弁
１８，１８′  高圧ダクト
１９  クランクピン軸受
２０  アーム
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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