DE102020120204A1

DE102020120204A1 - Hub-Vorrichtung und Membran-Eintakt-Motor

Info

Publication number: DE102020120204A1
Application number: DE102020120204.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-02-03

Abstract

Der erfindungsgemäße Membran-Eintakt-Motor (20) ist extrem umweltfreundlich, kompakt und breit einsetzbar. Mit der Erfindung wird eine Hub-Vorrichtung (1) mit einer Membran (6) sowie ein Membran-Eintakt-Motor (20) mit einer solchen Hub-Vorrichtung (1) angegeben. Kern der Erfindung ist, dass eine Hubbewegung mittels Umformung der Membran (6) statt Bewegung eines Kolbens in eine Drehbewegung umgeformt wird. Mit dem neuen Membran-Eintakt-Motor (20) ist ein leiser und ölfreier Betrieb möglich und es werden keine zusätzlichen Antriebskomponenten wie Getriebe oder Differentiale benötigt. Dadurch ist der Motor sehr robust und extrem wartungsarm. Die motorische und antriebsstrangseitige Reibung ist extrem minimiert. Die eine oder mehreren Hub-Vorrichtungen (1) des Motors können sowohl im 1-Takt-Verfahren als auch im Mehrtakt-Verfahren mit verschiedenen, auch zueinander verschiedenen Druckmedien betrieben werden. Es können hohe Drehmomente realisiert und das durch den Motor aufgebrachte Drehmoment ideal an die Gegebenheiten angepasst werden. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßer Membran-Eintakt-Motor (20) mit nur einer Hub-Vorrichtung (1) durch die Möglichkeit des Eintakt-Betriebs einem herkömmlichen 4 Zylinder-4-Takt-Motor ohne weiteres leistungsmäßig gleichgestellt oder überlegen sein. Durch die mögliche Verwendung verschiedener Druckmedien wie z.B. Druckluft zeichnet sich der Membran-Eintakt-Motor (20) darüber hinaus durch seine C02-neutrale Betriebsweise mit Null-Emissionen aus. Erstmals wird somit ein umweltfreundlicher, in Produktion und Entsorgung einfacher und umweltunbedenklicher und durch die flexible Betriebsweise der einzelnen Hub-Vorrichtungen hochgradig breit einsetzbarer Motor mit hoher motorischer Sicherheit geboten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hub-Vorrichtung für einen Membran-Eintakt-Motor und einen Membran-Eintakt-Motor mit einer solchen Hub-Vorrichtung.
Motoren werden dazu verwendet, Energie umzuwandeln und zum Beispiel für den Antrieb eines Fahrzeugs bereitzustellen. Maschinen, die Wärme in mechanische Energie umwandeln, werden als Wärmekraftmaschinen bezeichnet. Zu den Wärmekraftmaschinen gehören zum Beispiel Dampfmaschinen, Dampfturbinen und alle Verbrennungsmotoren. Ein großer Teil heutiger Verbrennungsmotoren sind Hubkolbenmotoren. Hubkolbenmotoren arbeitet mit einem Kolben, der verschiebbar in einem Zylinder angeordnet ist. In diesem so geschaffenen, veränderbaren Hohlraum wird einem gasförmigen oder flüssigen Arbeitsmedium durch Verbrennung ein Teil seiner Energie entnommen. Die Expansion des Arbeitsmediums bei der Verbrennung führt zu einer Bewegung des Kolbens. Die lineare Bewegung des Kolbens wird über einen Kurbeltrieb mit einem Pleuel in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle übertragen. Der Kolben bewegt sich durch den Kurbeltrieb gebunden zwischen zwei Endstellungen innerhalb des Zylinders hin und her. Die Endstellungen werden als oberer Totpunkt und unterer Totpunkt bezeichnet. Die Bewegung von einer Endstellung in die andere Endstellung wird als Takt bezeichnet.
Konventionelle Hubkolbenmotoren sind zu großen Teilen 2-Takt und 4-Takt Hubkolbenmotoren. Bei einem 2-Takt Hubkolbenmotor wird in jedem zweiten Takt durch Ausdehnung des Arbeitsmediums Arbeit an dem Kolben verrichtet. Bei einem 4-Takt Hubkolbenmotor wird in jedem vierten Takt durch Ausdehnung des Arbeitsmediums Arbeit an dem Kolben verrichtet. Der Takt, in dem durch Ausdehnung des Arbeitsmediums Arbeit an dem Kolben verrichtet wird, wird auch als Arbeits- oder Verbrennungstakt bezeichnet.
Die Führung des Kolbens im Zylinder ist bei den Hubkolbenmotoren möglichst druckdicht ausgeführt, aber dadurch mit Reibungsverlusten behaftet. Weil bei 2-Takt und 4-Takt Hubkolbenmotoren jeweils in nur einem Takt Arbeit verrichtet wird, werden bei diesen Motoren mehrere Zylinder verwendet, das erhöht wiederum die Verluste in der Verbrennung und Motorreibung. Die Kurbeltriebe sind bei diesen herkömmlichen Mehrtaktmotoren so ausgebildet, dass die Arbeitstakte in den jeweiligen Zylindern versetzt zueinander sind. Um die Nachteile des herkömmlichen Verbrennungsmotors zu lösen, wurden zuletzt elektrische Antriebssysteme weiterentwickelt. Diese sind aber unter anderem bei Herstellung und Entsorgung bezüglich Umwelt äußerst problematisch..
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Komponenten für einen verbesserten Motor und einen verbesserten Motor mit solchen Komponenten anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hub-Vorrichtung für einen Membran-Eintakt-Motor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch einen Membran-Eintakt-Motor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 13. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Hierdurch wird also ein Antriebssystem angegeben, bei dem praktisch keine Motorreibung und keine Verbrennungsverluste auftreten und das ressourcenschonend und gleichzeitig umweltfreundlich in Produktion, Betrieb und Entsorgung ist.
Kern der Erfindung ist, dass unter- und oberhalb einer verformbaren Membran mit einem Druckmedium, bevorzugt Pressluft, befüllbare Druckkammern ausgebildet sind und beim Zuführen eines ersten Druckmediums (bevorzugt Pressluft) in der einen Kammer und Ablassen eines zweiten Druckmediums (bevorzugt Pressluft) in der anderen Kammer die Membran eine Hubbewegung macht, die in eine Drehbewegung umformbar ist. Es wird also statt eines Kolbens und eines Zylinders, in dem der Kolben abgedichtet verschiebbar angeordnet ist, erfindungsgemäße eine Hub-Vorrichtung angegeben, bei der ein Hub zumindest eines Teils der Membran erzeugt wird. Weiterhin wird ein Eintakt-Motor angegeben, bei dem die Hub-Vorrichtung mit einer Membranstange verbunden ist. Die Membranstange wird durch die sich in der Hub-Vorrichtung bewegende bzw. umformende Membran auf und ab bewegt. Diese auf und ab Bewegung der Membranstange zwischen zwei Endpunkten (einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt) wird in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle überführt, wobei die Kurbelwelle mit einer auf und ab Bewegung bevorzugt um insgesamt 360° gedreht wird. Durch die beidseits der Membran vorgesehenen Druckkammern kann von der Membranstange sowohl bei der Aufwärtsbewegung als auch bei der Abwärtsbewegung Arbeit an der Kurbelwelle verrichtet werden. Verglichen mit 2- oder 4-Taktmotoren, die nur bei jedem zweiten oder vierten Takt Arbeit an der Kurbelwelle verrichten, ist durch den möglichen 1-Takt Betrieb der Hub-Vorrichtung eine hohe Leistungsdichte realisierbar. Bei geringen Belastung kann aber auch im Mehrtaktverfahren gearbeitet werden.
Die Hub-Vorrichtung weist eine mindestens teilweise verformbare Membran auf. Die Membran befindet sich in einem Gehäuse und ist derart mit dem Gehäuse verbunden, dass sie einen Innenraum des Gehäuses in die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer aufteilt. Durch das Herstellen einer sich abwechselnden Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer wird erreicht, dass sich die Membran in dem Gehäuseinnenraum zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung (je nach Ausbildung Endstellungen mit oder ohne Anschlägen) hin und her bewegt, stets in Richtung des geringeren Druckes. Zum Herstellen einer solchen Druckdifferenz besitzt das Gehäuse bevorzugt mindestens eine Erste-Druckkammer-Öffnung, über die ein erstes Druckmedium in die erste Druckkammer zuführbar und/oder ablassbar ist und mindestens eine Zweite-Druckkammer-Öffnung, über die ein zweites Druckmedium in die zweite Druckkammer zuführbar und/oder ablassbar ist.
Das Gehäuse weist bevorzugt zudem mindestens eine Membranstangen-Gehäuse-Öffnung auf, die dazu ausgebildet ist, dass die Membranstange durch sie von dem Membranstangenbefestigungsbereich nach außen führbar ist. Dabei verläuft sie bevorzugt durch die erste und/oder zweite Druckkammer und abgedichtet durch die entsprechende Druckkammerwand.
Für die Kraftübertragung von der Membran auf die Membranstange ist bevorzugt eine zuverlässige Verbindung zwischen der Membran und der Membranstange erforderlich. Dazu besitzt die Membran bevorzugt einen Membranstangenbefestigungsbereich, der dazu ausgebildet ist, mit einer Membranstange verbunden zu werden.
Der Membranstangenbefestigungsbereich ist vorzugsweise so auf der Membran angeordnet, dass der Hub, i.e. die Strecke zwischen dem Membranbefestigungsbereich in der ersten und der zweiten Stellung, möglichst groß ist bzw. die Verformung der Membran über ihren Umfang möglichst gleichmäßig verteilt ist. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen ist dies der Mittenbereich der Membran. Mit der Hub-Vorrichtung kann mit jeder Auf- und Abbewegung der Membran Kraft auf die an der Membran befestigte Membranstange übertragen werden.
Gemäß Anspruch 2 kann die Membran bevorzugt durch abwechselndes Zuführen und Ablassen des ersten und zweiten Druckmediums derart hin- und her bewegt werden, dass sie von einer ersten Endstellung (auch Totpunkt) in eine zweite Endstellung (auch Totpunkt) bewegt wird. Das Volumen der Druckkammern erreicht in den Endstellungen bevorzugt seine minimale bzw. maximale Ausdehnung. Das nutzbare Arbeitsvolumen der Druckkammern wird bevorzugt zu einem hohen Grad ausgenutzt, da sich die Membran in den Endstellungen in der Nähe oder mindestens teilweise, bevorzugt ganz in Anlage mit der Gehäuseinnenwand befindet.
Das erste und zweite Druckmedium, das in die Druckkammern zugeführt und abgelassen wird, kann sich voneinander unterscheiden oder bevorzugt auch gleich sein.
Gemäß Anspruch 3 kann die Membran aus einer Schicht bestehen, die abschnittsweise aus unterschiedlichen Werkstoffen oder aus mehreren Schichten besteht. Alternativ kann die Membran aus mehreren Schichten bestehen, die sich untereinander in Werkstoff und/oder Dicke und/oder Schichtaufbau unterscheiden können.
Die Membran ist bevorzugt so ausgeführt und abgestimmt, dass sie zum einen zumindest in Teilen derart steif und reißfest ist, dass mit ihr eine ausreichend hohe Kraft von dem Gehäuse der Hub-Vorrichtung auf die Kolbenstange übertragen werden kann. Gleichzeitig ist die Membran bevorzugt zumindest in Teilen derart flexibel, dass sie durch das Aufbringen einer möglichst geringen Druckdifferenz in die erste und zweite Endstellung gebracht werden kann. Dazu kann die Membran beispielsweise einzelne Schichten oder Bereiche als Verstärkungsschichten oder -bereiche aufweisen. Die einzelnen Schichten können sich auch in Form und Größe unterscheiden. Die Materialauswahl der einzelnen Schichten der Membran stellt weiterhin bevorzugt eine ausreichende Kältefestigkeit/Hitzebeständigkeit für den jeweiligen Anwendungsfall sicher. Die Oberfläche der einzelnen Schichten der Membran kann glatt, gerauht oder geprägt sein. Die Verwendung der Membran im Vergleich zum Zylinder mit Hubkolben zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass die Membran bevorzugt ohne Pflege und Schmierung und ohne Reibung und vollständig druckdicht arbeitet. Zudem wird an der Membran aufgebrachte Verformungskraft in einer Bewegung durch die Gegenbewegung bevorzugt zurückgegeben. Die Kombination verschiedener Lagen ermöglicht eine genaue Anpassung der Membraneigenschaften an den jeweiligen Anwendungsfall.
Für die Kraftübertragung ist die Membran an ihrem Außenumfang bevorzugt fest mit dem Gehäuse verbunden. Dazu kann sie beispielsweise zwischen einem oberen und einem unteren Gehäuseteil eingespannt sein. Alternativ kann eine Einspannung beispielsweise durch ein separates Spannbauteil (Spannring) erfolgen.
Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 4 kann die Membran alternativ mindestens eine erste und eine zweite Schicht aufweisen, die außenumfangsseitig nicht aneinander befestigt oder miteinander verbunden sind. Die Außenumfangsseite der einen Schicht kann dann mit einem ersten Bereich des Gehäuses und die Außenumfangsseite der anderen Schicht mit einem zweiten Bereich des Gehäuses verbunden sein, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich unterschiedlich und zueinander beabstandet sind. Eine alternative Kraftführung zwischen Membran und Gehäuse mit flexibler Anordnung der Befestigungsbereiche, die außerhalb der Mitte des Gehäuseinnenraums liegen können, wird so ermöglicht. Dies ist bei der Auslegung von Gehäuse und dessen Befestigungsbereichen mit der Membran von Vorteil.
Mit der Ausgestaltung gemäß Anspruch 7, kann die Membran einen Versteifungsbereich aufweisen, in dem die Membran versteift oder steif ausgebildet ist. Der Versteifungsbereich ist bevorzugt von einem Umformungsbereich der Membran umgeben, der die Bewegung der Membran zwischen der ersten und der zweiten Endstellung ermöglicht und bei der Bewegung umgeformt wird. Der Versteifungsbereich kann eine beliebige Form aufweisen. Die Form des Umformungsbereichs ist entsprechend angepasst. Vorteilhaft ist der Versteifungsbereich ringförmig oder kreisförmig bzw. als Kreisscheibe ausgeführt. Dieser Versteifungsbereich grenzt an seinem Außenumfang an den Umformungsbereich. Dieser wiederum ist dann bevorzugt ringförmig und an seinem Außenumfang in einem oder mehreren Bereichen mit dem Gehäuse der Hub-Vorrichtung verbunden, welches den Innenraum bevorzugt kreisförmig begrenzt. Der Versteifungsbereich ist so ausgeführt, dass er bei Beaufschlagung mit dem ersten und zweiten Druckmedium bevorzugt im Wesentlichen nicht verformt wird.
Dadurch, dass der der Versteifungsbereich bevorzugt einen flächigen Körper ausbildet, kann die von dem einströmenden Druckmedium ausgehende Kraft flächig aufgenommen und direkt an die Membranstange übertragen werden. Der Verformungsbereich dient dabei vorteilhaft zum Abdichten, also der Vermeidung eines Druckverlustes, während der Bewegung des Versteifungsbereichs. Es werden punktuelle Überbelastungen der Membran vermieden. Der Verformungsbereich wird in der ersten und zweiten Endstellung bevorzugt vornehmlich auf Zug belastet.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform nach Anspruch 9, kann die Membran als ein insgesamt flächiger Membrankörper ausgebildet sein, der in dem Versteifungsbereich durch ein Versteifungsglied versteift wird. Ein solches Versteifungsglied kann beispielsweise eine starre Platte sein, die im Versteifungsbereich an dem flächigen Membrankörper angebracht ist.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform nach Anspruch 10, kann der Versteifungsbereich durch ein Versteifungsglied ausgebildet sein, das in seinem Randbereich mit einem verformbaren Membrankörper verbunden ist. Bei einer derartigen Membran kann der Versteifungsbereich beispielsweise aus zwei Platten ausgebildet sein, zwischen denen der verformbare Membrankörper mindestens im äußeren Randbereich eingespannt ist. Der verformbare Membrankörper ist in diesem Fall bis auf den geklemmten Rand im Wesentlichen auf den Umformungsbereich reduziert.
In dem Membranstangenbefestigungsbereich kann die Membran mit der Membranstange verbunden sein. In einer Ausführungsform gemäß Anspruch 11 weist die Membran in dem Membranstangenbefestigungsbereich bevorzugt ein Befestigungsglied auf. Das Befestigungsglied ist dazu ausgebildet, die Membran an der Membranstange zu befestigen. Es ist vorzugsweise plattenförmig ausgebildet. Es kann auch integral mit einem Versteifungsglied der Membran ausgeführt sein. Bevorzugt wird so ein Ausreißen der Membranstange von der Membran verhindert.
Damit ein möglichst großer Hub mit der Membranstange erreicht wird, ist die Membran, die erste Gehäuseinnenwand und die zweite Gehäuseinnenwand in bevorzugten Ausführungsformen so ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass die Membran in der ersten und der zweiten Endstellung in der Nähe oder in Anlage mit mindestens einem Bereich der ersten bzw. der zweiten Gehäuseinnenwand ist. Bevorzugt ist die Membran in der ersten und zweiten Endstellung gesamt oder zumindest in großen Teilen in Anlage mit der ersten bzw. zweiten Gehäuseinnenwand. Dadurch wird das Volumen der ersten bzw. zweiten Druckkammer in der jeweiligen Endstellung minimal oder auf Null verringert. Es entsteht somit kein oder nur geringer Totraum (Hohlraum) zwischen der Membran und dem Gehäuse. Das gesamte Druckkammervolumen kann so als Arbeitsvolumen ausgenutzt werden.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsformen nach Anspruch 5 kann der Innenraum mindestens abschnittsweise die Form von zwei Kegelstümpfen aufweisen. Als Kegelstumpf bezeichnet man einen Rotationskörper, der dadurch entsteht, dass man von einem geraden Kreiskegel parallel zur Grundfläche einen kleineren Kegel abschneidet. Die größere der beiden parallelen Kreisflächen an dem übriggebliebenen Gebilde ist die Grundfläche, die kleinere die Deckfläche. Die dritte der begrenzenden Flächen wird als Mantelfläche bezeichnet. Unter der Höhe des Kegelstumpfs versteht man den Abstand von Grund- und Deckfläche. Bevorzugt stehen die zwei Kegelstümpfe des Innenraums mit ihrer jeweiligen Grundfläche aufeinander. Seitenwandabschnitte der ersten und zweiten Gehäuseinnenwand sind mindestens abschnittsweise durch die Kegelstumpfmantelfläche und Bodenwandabschnitte der ersten und zweiten Gehäuseinnenwand mindestens abschnittsweise durch die Kegelstumpfdeckfläche oder parallel zu dieser gebildet. Die aufeinander stehenden Kegelstümpfe haben bevorzugt im Wesentlichen gleiche Abmessungen, können aber auch unterschiedlich ausgebildet sein.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsformen nach Anspruch 6 kann der Innenraum durch zwei rotationssymmetrische Teilräume ausgebildet sein, die in einer Symmetrieebene aufeinander stehen und sich symmetrisch zur Symmetrieebene in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Dabei verlaufen Seitenwandabschnitte des Teilraums mindestens abschnittsweise verjüngend nach außen und ein Bodenwandabschnitt des Teilraums ist mindestens abschnittsweise parallel zur Symmetrieebene. Neben der oben angegebenen Doppelkegelstumpfform können also auch andere Formen zum Einsatz kommen.
Die Ausführungsformen des Innenraums gemäß Anspruch 5 und 6 erlauben eine gute Abstimmung der Gehäuseinnenwand mit der Membran in der ersten und der zweiten Endstellung. Je genauer der Innenraum des Gehäuses auf die Form der Membran in der ersten und zweiten Endstellung abgestimmt ist, desto besser kann die Membran in die Nähe oder in Anlage mit der Gehäuseinnenwand gebracht werden. Der Totraum (Hohlraum) zwischen der Membran und dem Gehäuse kann so reduziert, im Idealfall auf Null verringert werden. Mit wenig Totraum kann eine kompakte Bauform und effiziente Nutzung des Innenraums erreicht und das Ansprechverhalten verbessert werden.
Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 8 kann die Membran, die erste Gehäuseinnenwand und die zweite Gehäuseinnenwand so ausgeführt werden, dass die Membran in der ersten und/oder zweiten Endstellung komplementär zu dem von der j eweiligen Innenwand ausgebildeten Innenraum ist. Der Versteifungsbereich ist dabei bevorzugt komplementär zu den Bodenwandabschnitten und der Umformungsbereich der Membran ist komplementär zu den Seitenwandabschnitten. Die komplementäre Gestaltung bedeutet, dass die Gehäuseinnenwand einer Negativform der Membranoberfläche, die der Gehäuseinnenwand zugewandt ist, in der ersten und zweiten Endstellung entspricht. Daher sind die Membranoberfläche und die Gehäuseinnenwand in der ersten und zweiten Endstellung derart zueinander angeordnet, dass das Volumen zwischen der Membran und der Gehäuseinnenwand minimiert wird. Auf diese Weise entsteht wenig Totraum. Eine sehr kompakte Bauweise kann so erreicht werden.
Ganz allgemein kann die Form des Gehäuseinnenraums und der Membran beliebig ausgebildet sein, insbesondere in Durchmesser und Höhe, aber auch in Form, wie Dreiecksform oder unregelmäßiger Form. Beispielsweise kann die Höhe sehr gering ausgestaltet werden und gleichzeitig eine Membran mit großem Membrandurchmesser vorgesehen werden. Auf diese Weise wird die Hub-Vorrichtung in der Höhenrichtung sehr kompakt. Statt einer kreisrunden Membran und entsprechendem Innenraum kann diese im Wesentlichen jede beliebige Form, wie beispielsweise Dreiecksform, unregelmäßige Form usw. erhalten. Die Form der Hub-Vorrichtung kann dadurch flexibel an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden. Durch Veränderung der Form sowie der verwendeten Betriebsdrücke kann die von der Membran auf die Membranstange übertragende Kraft angepasst werden. Die Form der Membran muss nicht vollständig an die Form des Innenraums angepasst sein.
Die erfindungsgemäße Hub-Vorrichtung ist dazu ausgebildet, in einem erfindungsgemäßen Membran-Eintakt-Motor verwendet zu werden. Der Membran-Eintakt-Motor weist mindestens eine Hub-Vorrichtung, eine Membranstange, eine Ventilvorrichtung, eine Steuereinheit und eine Kurbelwelle auf. Die Membranstange ist mit der Membran der Hub-Vorrichtung in dem Membranstangebefestigungsbereich verbunden. Die Membranstange dient der Kraftübertragung von der Hub-Vorrichtung zur Kurbelwelle. Die Membranstangen können unterschiedliche Profilformen aufweisen (z.B. rund, viereckig, dreieckig, oval). Die Membranstangen können voll oder hohl ausgebildet sein.
Die Membranstange erstreckt sich von dem Membranstangenbefestigungsbereich durch die erste und/oder zweite Druckkammer und die mindestens eine Membranstangen-Gehäuse-Öffnung nach außen. Die Membranstangen-Gehäuse-Öffnung ist gegenüber der Membranstange derart abgedichtet, dass die erste und/oder zweite Druckkammer nach außen abgedichtet ist und gleichzeitig eine Bewegung der Membranstange möglich ist. Beispielsweise erfolgt die Abdichtung über O-Ringe, welche im Gehäuse befestigt sind.
Mit der Steuereinheit ist die Ventilvorrichtung des Membran-Eintakt-Motors in eine erste Steuerstellung und in eine zweite Steuerstellung bringbar. Die Ventilvorrichtung kann mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch arbeiten. In der ersten Steuerstellung ist das zweite Druckmedium aus der zweiten Druckkammer der Hub-Vorrichtung abführbar und das erste Druckmedium in die erste Druckkammer der Hub-Vorrichtung zuführbar. Dadurch ist die Membran in die erste Endstellung bringbar. In der zweiten Steuerstellung ist das erste Druckmedium aus der ersten Druckkammer der Hub-Vorrichtung abführbar und das zweite Druckmedium in die zweite Druckkammer der Hub-Vorrichtung zuführbar. Dadurch ist die Membran in die zweite Endstellung bringbar. Durch zyklischen Wechsel der Steuerstellungen wird die an der Membran befestigten Membranstange so mit der Membran hin und her bewegt. Die Kurbelwelle ist derart mit der Membranstange verbunden, dass die Hin- und HerBewegung der Membranstange in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle überführt wird.
Die Ventilvorrichtung weist also bevorzugt die Ventile auf, die zur Steuerung bzw. zum Betrieb der Hubvorrichtung zum Zu- und Abführen oder Stoppen eines Zu- Abführens des oder der Druckmedien erforderlich sind. Die Druckkammern können über die Ventile bevorzugt wahlweise mit der Umgebung oder dem Druckspeicher verbunden werden oder von ihnen getrennt werden.
Die Ventilvorrichtung kann beispielsweise jeweils ein eigenes Einlass- und Auslassventil für die erste und zweite Druckkammer aufweisen. In der ersten Steuerstellung der Ventilvorrichtungen befinden sich das Einlassventil der ersten Druckkammer und das Auslassventil der zweiten Druckkammer in geöffnetem Zustand. Gleichzeitig befinden sich das Auslassventil der ersten Druckkammer und das Einlassventil der zweiten Druckkammer in geschlossenem Zustand. In der zweiten Steuerstellung befinden sich die vier Ventile in dem jeweils anderen Zustand.
Alternativ kann die Ventilvorrichtung jeweils nur ein Ventil für die erste und zweite Druckkammer aufweisen. Mit einem solchen Ventil lassen sich sowohl der Zu- als auch der Abfluss des ersten und zweiten Druckmediums in die erste und zweite Druckkammer regeln.
Als Ventile können je nach Anforderung beispielsweise Dreiwege-Ventile, Mehrwege-Ventile, Drehventile, Schieberventile, jeweils elektronisch, pneumatisch oder irgendwie geartet geregelt oder gesteuert eingesetzt werden.
Alternativ kann die Ventilvorrichtung auch nur ein einziges Ventil aufweisen, mit dem sowohl der Zufluss in die erste und zweite Druckkammer als auch der Abfluss aus der ersten und zweiten Druckkammer einer Hub-Vorrichtung integral regelbar ist.
Die Drehzahl- und Leistungsregelung der Hub-Vorrichtung kann über die Schaltung der Ventile und den Druck des Druckmediums geregelt oder gesteuert werden (z.B. Drosselventile zur Regulierung des Zu- und Abstroms, Veränderung des Arbeitsdruckes des Druckmediums, etc.).
Der erfindungsgemäße Membran-Eintakt-Motor kann eine oder mehrere erfindungsgemäße Hub-Vorrichtungen aufweisen. Diese können identisch zueinander oder unterschiedlich zueinander ausgebildet sein. Bei mehreren erfindungsgemäßen Hub-Vorrichtungen kann eine Ventilvorrichtung verwendet werden, bei der das Einströmen und Ausströmen bzw. das Öffnen und Schließen für jede Hub-Vorrichtung individuell gesteuert werden kann, d.h. dass jeder der Hub-Vorrichtungen beispielsweise vier Einwegeventile (jeweils zwei Ventile pro Druckkammer) oder zwei Dreiwegeventile (jeweils ein Ventil pro Druckkammer) zugeordnet sind. Die Ventile befinden sich bevorzugt direkt an der jeweiligen Druckkammer oder zumindest in unmittelbarer Nähe dazu. Die Ventile können ähnlich einem Common-Rail Einspritzsystem gemeinsam mit Druck versorgt werden. Durch die Anordnung der Ventile nahe der Druckkammer wird Totraum (Hohlraum) außerhalb der Druckkammern in der Verbindungsleitung zwischen den Ventilen und der Druckkammer vermieden. Mit wenig Totraum kann eine effiziente Nutzung des Innenraums der Hub-Vorrichtung erreicht und das Ansprechverhalten verbessert werden. Eine derartige Ventilvorrichtung bietet hohe Flexibilität durch die Möglichkeit der individuellen Ansteuerung der einzelnen Hub-Vorrichtungen. Jede Hub-Vorrichtung kann mit einem unterschiedlichen oder dem gleichen Druckmedium betrieben werden.
Alternativ kann bei einem erfindungsgemäßen Membran-Eintakt-Motor mit mehreren Hub-Vorrichtungen eine Ventilvorrichtung verwendet werden, bei der das Einströmen und Ausströmen für mehrere der Hub-Vorrichtung gleichzeitig über ein gemeinsames oder gemeinsame Ventile gesteuert wird. Beispielsweise kann beiden mehreren der Hub-Vorrichtungen die Einströmung über zwei Einwege Ventile (die abwechselnd die oberen und unteren Druckkammern mit Druck beaufschlagen) oder ein Dreiwege Ventil, das abwechselnd die oberen und unteren Druckkammern mit Druck beaufschlägt, ausgebildet sein.. In diesem Fall lassen sich nicht mehr alle Hub-Vorrichtungen einzeln ansteuern und es entsteht ein gewisser Totraum in den Verbindungsleitungen zwischen den Ventilen und der Druckkammer, aber die Anzahl an benötigten Ventilen kann verringert werden.
Mit der Steuereinheit und der Ventilvorrichtung, können die Hub-Vorrichtungen des Membran-Eintakt-Motors wahlweise in einem 1-Takt-Betrieb oder in einem Mehrtakt-Betrieb betrieben werden. Ebenso kann die Steuereinheit den Vorwärts- und Rückwärtslauf, die Leistung und Drehzahl und Leerlauf oder Motorbremse steuern bzw. regeln.
Bei dem 1-Takt-Betrieb wird die Ventilvorrichtung derart gesteuert, dass die Membran einer Hub-Vorrichtung bei jeder Bewegung zwischen den Endstellungen mit Druck beaufschlagt wird. Es wird also die untere Druckkammer mit Druck beaufschlagt und das Druckmedium aus der oberen Druckkammer abgelassen, so dass die Membran dadurch nach oben bewegt wird. Anschließend wird die obere Druckkammer mit Druck beaufschlagt und das Druckmedium in der unteren Druckkammer abgelassen, so dass die Membran wieder nach unten bewegt wird. Bei jeder Auf- und Abbewegung der Membran wird somit Kraft von der Membran auf die Membranstange übertragen. Bei dem Mehrtakt-Betrieb wird die Ventilvorrichtung derart gesteuert, dass die Membran einer Hub-Vorrichtung in einzelnen Bewegungen zwischen den Endstellungen nicht mit Druck beaufschlagt wird, sondern nur während zum Beispiel jedes zweiten Taktes (Zwei-Taktbetrieb) oder während jedes vierten Taktes (Vier-Taktbetrieb). In den Takten, in denen die Membran der Hub-Vorrichtung nicht mit Druck beaufschlagt wird, können sich die Einlassventile dieser Hub-Vorrichtung bevorzugt in geschlossenem Zustand befinden und die Auslassventile dieser Hub-Vorrichtung in offenem Zustand befinden. Auf beiden Seiten der Membran ist somit beispielsweise Umgebungsdruck vorhanden. Wenn die Membran in diesem Zustand der Ventile durch die Membranstange auf oder abbewegt wird, kann sich die Membran in einem Raum mit Umgebungsdruck ohne Druckunterschiede der ersten und zweiten Druckkammer bewegen und übt nur sehr geringen Widerstand auf die Bewegung der Membranstange auf (Verformungswiderstand der Membran). Durch das Auslassventil wird in dieser beispielhaften Konfiguration im Viertaktbetrieb also auch Luft angesaugt.
Beispielhaft kann auch ein Betriebszustand realisiert werden, in dem die ein oder mehreren Hub-Vorrichtungen zugeordneten Ventile vollständig geschlossen sind, so dass das Druckmedium bei Bewegung der Membran weder Ein- noch Ausströmen kann. In einem solchen Zustand, wird die Membran im Wesentlichen verlustlos hin- und herbewegt. In einer einzelnen Hub-Vorrichtung wirkt das Druckmedium hier als „Luftfeder“. Sind mehrere Hub-Vorrichtungen gleichzeitig in einem solchen Zustand, können sich die durch die Luftfeder ausgeübten Kräfte gegenseitig vorteilhaft ausgleichen. Somit kann ein besonders vorteilhafter, da reibungsarm, Leerlaufzustand erreicht werden. Beispielsweise wird dieser verwendet, wenn ein Fahrzeug „segelt“, oder in einem Betriebszustand, in dem nur eine Untermenge an Hub-Vorrichtungen arbeiten muss.
Weil bei Mehrtakt-Betrieb einer Hub-Vorrichtung jeweils in nur einem der mehreren Takte Arbeit verrichtet wird (Arbeitstakt), werden bevorzugt mehrere Hub-Vorrichtungen mit zueinander versetzt arbeitenden Arbeitstakten, wie auch bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren üblich, verwendet. Durch eine genaue Abstimmung der verschiedenen Hub-Vorrichtungen und deren Arbeitstake kann ein gleichmäßiges Drehmoment an der Kurbelwelle erreicht werden.
Das verwendete erste und zweite Druckmedium kann sich bei jeder Hub-Vorrichtung und/oder bezüglich der ersten und zweiten Druckkammer des Membran-Eintakt-Motors voneinander unterscheiden. Ebenso können sich die Druckdifferenzen bei jeder Hub-Vorrichtung und/oder bezüglich der ersten und zweiten Druckkammer voneinander unterscheiden. Auch ist es möglich, die Druckdifferenz durch Ziehen eines Vakuums in einer der beiden Druckkammern einer Hub-Vorrichtung zu erzeugen. Das Druckmedium kann gasförmig, dampfförmig, flüssig oder eine Mischung sein (z.B. Wasser Öl Luft). Auch ist eine Druckerzeugung über Verbrennung möglich (wie heutige Verbrennermotoren). Der Betriebsdruck des Druckmediums und die Membran sind bevorzugt so aufeinander abgestimmt, dass beim Bewegen der Membran durch Zuführen und Abführen der Druckmedien von der einen Endstellung in die andere Endstellung der Versteifungsbereich im Wesentlichen nicht verformt wird.
Durch diese flexible Verwendungsmöglichkeit von verschiedenen Medien zum Einsatz als Druckmedium kann auch auf regenerativ erzeugte Druckmedien zurückgegriffen werden. Beispielsweise kann Druckluft (Pressluft) mit einem Kompressor erzeugt werden, der mit Strom aus regenerativer Energiequelle angetrieben wird. Die Druckluft kann beispielsweise mittels Behälter/Speicher im Fahrzeug gespeichert werden. Ein solcher Behälter/Speicher kann beispielsweise als Träger oder integraler Bestandteil der Karosserie eines Fahrzeugs dienen, ob gefüllt oder leer.
Gemäß Anspruch 15 und 16 können mehrere Hub-Vorrichtungen eine gemeinsame Membranstange aufweisen, die mit jeder der Membrane der Hubvorrichtungen verbunden ist. Die Hub-Vorrichtungen sind bezogen auf die Membranstangen in Reihe geschaltet. Die Hub-Vorrichtungen können sich untereinander unterscheiden, beispielsweise in Größe, Form und Volumen. Bezogen auf die Verbindung von Kurbelwelle und Membranstange können sie auf unterschiedlichen Seiten angeordnet sein. Bei mehreren Hub-Vorrichtungen auf einer Seite der Verbindung von Kurbelwelle und Membranstange, weisen zumindest diejenigen Hub-Vorrichtungen, die sich zwischen der Verbindung von Kurbelwelle und Membranstange und der äußersten (i.e. die am weitest von dieser Verbindung entfernteste) Hub-Vorrichtung befinden, mindestens zwei Membranstangen-Gehäuse-Öffnungen auf. Diese Öffnungen sind dazu ausgebildet, dass die Membranstange durch sie hindurch führbar ist. Auf diese Weise kann die Membranstange von der äußersten Hub-Vorrichtung durch die weiteren Hub-Vorrichtungen hindurch bis zur Verbindung mit der Kurbelwelle geführt werden. Die Öffnungen der Hub-Vorrichtungen erlauben eine Auf- und Abbewegung der Membranstange und sind so abgedichtet, dass die erste und zweite Druckkammer der jeweiligen Hub-Vorrichtung nach außen dicht sind.
Beispielsweise ist die Membranstange bei in Reihe geschalteten Hub-Vorrichtungen mehrteilig ausgebildet, so dass die Membrane der innenliegenden Hub-Vorrichtungen jeweils zwischen entsprechenden Membranstangenabschnitten der Membranstange eingespannt sind.
Mit mehreren Hub-Vorrichtungen mit einer gemeinsamen Membranstange kann die Kraft, die von den Hub-Vorrichtungen über die Membranstange auf die Kurbelwelle übertragen wird, an die jeweiligen Erfordernisse flexibel angepasst werden. Die Anpassung der Kraft erfolgt über eine gezielte Ansteuerung einzelner Hub-Vorrichtungen mit der Ventilvorrichtung. So lassen sich beispielsweise alle Hub-Vorrichtungen im Eintakt-Betrieb betreiben. In dieser Betriebsweise ist die von den Hub-Vorrichtungen auf die Membranstange übertragbare Kraft maximal. Sie kann beispielsweise für Beschleunigungsvorgänge verwendet werden, bei denen ein hohes Drehmoment an der Kurbelwelle benötigt wird. Ferner können beispielsweise einige der Hub-Vorrichtungen statt im Eintakt-Betrieb im Mehrtaktbetrieb betrieben werden. So kann die maximal übertragbare Kraft schrittweise mit der Anzahl der im Mehrtaktbetrieb arbeitenden Hub-Vorrichtungen reduziert werden. Ferner kann beispielsweise zwischen dem Eintakt- und Mehrtaktbetrieb von Hub-Vorrichtungen, die sich voneinander unterscheiden und mit denen unterschiedlich große Kräfte auf die Membranstange übertragen werden, gewechselt werden und/oder die Membrane einzelner Hub-Vorrichtungen auch komplett nicht mit Druck beaufschlagt werden. Durch diese beliebige Ansteuerung der Hub-Vorrichtungen lässt sich die Kraft, die auf die Membranstange übertragen wird, gezielt steuern. Die für den jeweiligen Fahrtzustand benötigte Motorkraft kann so angepasst werden.
Gemäß Anspruch 17 weist der Membran-Eintakt-Motor mehrere Hub-Vorrichtungen auf, die jeweils mit einer Membranstange, die sich voneinander unterscheiden, mit derselben Kurbelwelle verbunden sind. Bezogen auf die Kurbelwelle sind die Hub-Vorrichtungen parallel geschaltet. Die Hub-Vorrichtungen können sich dabei unterscheiden.
Ebenso wie bei der Reihenschaltung von Hub-Vorrichtungen kann durch die Parallelschaltung von Hub-Vorrichtungen eine hohe Anpassungsfähigkeit des Membran-Eintakt-Motors an die jeweiligen Erfordernisse ermöglicht werden.
Im Falle der Parallelschaltung können die Membranstangen der parallel geschalteten Hub-Vorrichtungen auch über zueinander unterschiedliche Kurbeltriebe (Doppelkurbeltrieb, herkömmlicher Kurbetrieb, Kurbelschlaufen etc.) mit der Kurbelwelle oder verschiedenen Kurbelwellen verbunden werden.
Weiterhin können Parallel- und Reihenschaltung miteinander verschachtelt werden und/oder mehrere Kurbelwellen, die in zueinander unterschiedlichen Richtungen verlaufen, gleichzeitig angetrieben werden. In der Parallelschaltung kann vorteilhaft mit unterschiedlichen Hüben gearbeitet werden, die beispielsweise für jeweilige Drehzahlbereiche oder Leistungsabgabebereiche optimiert sind. Gleichzeitig ist über die Konfiguration der Bauraum optimal ausnutzbar.
Die Hub-Vorrichtungen eines Ein-Takt-Motors können sich bezüglich der Membran, des Gehäuses, der Druckmedien, der Betriebsparameter, der Membranstangen und der Kurbelarme der Kurbelwelle, mit denen die Membranstangen verbunden sind, untereinander unterscheiden. Auf diese Weise lassen sich Hub-Vorrichtungen mit verschiedenen Hubvolumen und/oder Hubhöhen ausgestalten. Die Hub-Vorrichtungen können mit unterschiedlichen Takten arbeiten und/oder mit unterschiedlichen Druckdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Druckkammer in der ersten und zweiten Endstellung arbeiten.
Gemäß Anspruch 20 kann der Membran-Eintakt-Motor mindestens zwei Kurbelwellen aufweisen, die unterschiedliche Drehrichtungen haben und/oder für die Übertragung unterschiedlicher Drehmomente geeignet sind.
Aufgrund der Möglichkeit, die Hub-Vorrichtungen unterschiedlich auszuführen, die Hub-Vorrichtungen beliebig in Reihen- und Parallelschaltung anzuordnen und die Hub-Vorrichtungen variabel anzusteuern kann die Kraft, die von den Hub-Vorrichtungen auf die Kurbelwelle übertragen wird beliebig an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden. Mit der zusätzlichen Verwendung mehrerer Kurbelwellen kann das Drehmoment des Motors ideal an die Gegebenheiten angepasst werden.
Bei der Verwendung des Membran-Eintakt-Motors als Fahrzeugantrieb ermöglicht die hohe Flexibilität bei der Ausgestaltung des Membran-Eintakt-Motors, dass beispielhaft auf eine oder mehrere der folgenden Komponenten verzichtet werden kann: Getriebe, Differenzial durch jeweiligen Achsantrieb, Starter durch jeweilige Steuerung des Druckmediums, Kardanwelle, Allradantrieb durch jeweiligen Achsantrieb, Rückwärtsgang etc. Mit unterschiedlich großen Membranflächen und/oder Hubhöhen können unterschiedliche Drehzahlbereiche und Drehmomente erreicht werden. Im Vergleich zu konventionellen Antriebssträngen wird die Komplexität und Baugröße signifikant reduziert.
Ebenso ist es möglich die Hub-Vorrichtung für einen Pumpbetrieb beispielsweise auch in einer Pumpanlage auszubilden und zu verwenden. Dabei wird die Membran mechanisch mit der Membranstange auf und ab bewegt und somit das erste und zweite Druckmedium mit Druck beaufschlagt. Auf diese Weise kann bei geeigneter Ventilsteuerung auch in einem Fahrzeug beispielsweise ein Rekuperationsbetrieb des Motors realisiert werden. Die Nutzung der Rekuperation bei Bremsvorgängen ist Reichweiten verlängernd. Die Arbeitsdruckluft kann auch für Belüftung, Klimaanlage etc. benutzt werden. Vorteilhaft ist teilweise ein für den Rekuperationsbetrieb gesondert vorgesehener zweiter oder weiterer Druckspeicher, der unabhängig vom Antriebs-Druckspeicher befüllbar ist. Dieser kann dann beispielweise bei geringem Leistungsbedarf abgerufen werden.
Mit dem Gaspedal kann die Ventilvorrichtung und damit die Zustände für die Ventile (und damit für die Druckluft) nach Bedarf (Leistung und Drehzahl) gesteuert werden. Für das Anfahren vorwärts/rückwärts steuert beispielsweise ein Drehwinkelgeber und Gaspedal mit Wählhebel die Ventilvorrichtung mit beispielsweise elektronischen Luftventilen wie sie für die richtige Laufrichtung benötigt werden. Es kann auf ein Ganggetriebe verzichtet werden. Bei Niederleistung können einzelne oder alle Hub-Vorrichtungen ausgeschaltet werden (wie oben beschrieben beispielsweise durch Schließen der Ventile oder über gesonderte Freiläufe). Jedes Rad kann auch durch einen gesonderten Membran-Eintakt-Motor angetrieben. Für das Bergabfahren, Rollen und Bremsen wird beispielsweise der Freilauf eingeschaltet oder die Bremsfunktion (Rekuperation mit Sonderbehälter) genutzt.
Die Kurbelwelle des Membran-Eintakt-Motors ist derart mit der Membranstange verbunden, dass die Hin- und Herbewegung der Membranstange in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle überführt wird. Für die Verbindung zwischen Membranstange und Kurbelwelle kann beispielsweise ein bekannter Kurbeltrieb verwendet werden, wie er typischerweise bei den Hubkolbenmaschinen verwendet wird. Die Verbindung wird dabei über Kurbelarme hergestellt. Diese Kurbelarme sind an dem einen Ende fest mit der rotierenden Kurbelwelle verbunden und an dem anderen Ende befindet sich ein Zapfen, auf dem die Membranstange drehbar gelagert ist.
Gemäß Anspruch 21 kann der Membran-Eintakt-Motor einen Doppelkurbeltrieb mit zwei sich gegensinnig mit gleicher Drehzahl drehenden Kurbelwellen aufweisen. Derartige Doppelkurbeltriebe sind beispielsweise aus der DE 102 47 196 B4 und DE 10 2015 013 489 A1 bekannt. Bei einem Doppelkurbeltrieb wird die Membranstange bevorzugt in ein Kurbelgehäuse geführt, in dem zwei Kurbelwellen drehbar gelagert sind. Die Kurbelwellen weisen im Bereich der Membranstange Kurbelscheiben auf. Die Kurbelscheiben weisen an mit gleichem Durchmesser ausgebildeten Umfängen Umfangsverzahnungen auf, die miteinander kämmen. Die Drehachsen der Kurbelscheiben verlaufen in einer senkrecht zur Membranstange ausgerichteten Ebene und sind von der Membranstange gleich weit entfernt. Das untere Ende der Membranstange ist gelenkig mit einem Ende eines Pleuels verbunden. Das andere Ende des Pleuels ist gelenkig mit Pleuelzapfen verbunden, die an den Kurbelscheiben radial innerhalb der Umfangsverzahnungen exzentrisch zu den Drehachsen der Kurbelscheiben angeordnet sind. Durch die Auf- und Abbewegung der Membranstange werden die Kurbelscheiben gedreht. Eine Bewegung der Membran von ihrer ersten Endstellung in die zweite Endstellung und wieder zurück in die erste Endstellung entspricht dabei einer Drehung der Kurbelscheibe bzw. der Kurbelwelle um 360 Grad Kurbelwinkel.
Durch die Verwendung eines Doppelkurbeltriebs kann die Baugröße und das Gewicht im Vergleich zu konventionellen Kurbeltrieben minimiert werden. Mit einem Doppelkurbeltrieb ist eine vorteilhafte Kraftführung von der Membran zu der Kurbelwelle gegeben. Durch den Doppelkurbeltrieb kann die Membranstange linear entlang ihrer Achse geführt werden, so dass ein Verkippen der Membranstange verhindert wird. Hierdurch diese Ölfrei gelagert sein.
Bevorzugt ist der Doppelkurbeltrieb so ausgebildet, dass je 180 Grad Kurbeldrehung eine Hin- oder Herbewegung von einer in die andere Endstellung der Membranstange erfolgt.
Alternativ kann die Verbindung zwischen Membranstange und Kurbelwelle beispielsweise auch als eine Pleuelverbindung ausgebildet sein, bei der ein Pleuel an einem Ende gelenkig mit der Membranstange im Bereich der Mittelachse der Membranstange verbunden ist und an dem anderen Ende gelenkig mit einem Pleuelzapfen, der exzentrisch zu der Drehachse der Kurbelwelle ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle verbunden ist. Vorteilhaft wird die Membranstange bei einer solchen Verbindung linear geführt und ein Verkippen der Membranstange verhindert.
Gemäß Anspruch 22 kann der Membran-Eintakt-Motor Elektromagneten aufweisen, die derart ausgebildet sind, dass mit Ihnen die Membran, das Versteifungsglied und/oder das Befestigungsglied anziehbar und abstoßbar sind.
Mithilfe der Elektromagneten ist es möglich, die Membran in die Endstellung zu ziehen und dadurch unterstützend zu der Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Druckkammer zu wirken, weil in OT/UT die Drehmomentübertragung definitionsgemäß geringer ist. Das Aufbringen von einer Druckdifferenz durch das Druckmedium kann reduziert werden.
Gemäß Anspruch 23 kann die Membranstange ein elastisches Federglied aufweisen, das durch die auf die Membranstange einwirkenden Zug- und Druckkräfte auseinandergezogen und zusammengedrückt wird und sich derart wieder entspannt, dass die durch die Membranstange auf die Kurbelwelle einwirkende Kraft vergleichmäßigt wird.
Durch die Verwendung eines elastischen Federglieds kann eine gleichmäßigere Drehmomentabgabe erzielt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert:

Die Figuren zeigen in
- 1 eine Hub-Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform mit einer in der ersten Endstellung befindlichen Membran, die mit einer Membranstange verbunden ist,
- 2 eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors in einer ersten Ausführungsform mit Doppelkurbeltrieb, bei dem sich die Membran in zweiter Endstellung befindet,
- 3 eine schematische Darstellung des Membran-Eintakt-Motors aus 2, bei dem sich die Membran in erster Endstellung befindet,
- 4 eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors in einer zweiten Ausführungsform mit Doppelkurbeltrieb und vier Hub-Vorrichtungen, die sich voneinander unterscheiden,
- 5 eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors in einer dritten Ausführungsform mit Doppelkurbeltrieb, zwei Hub-Vorrichtungen und zwei Membranstangen,
- 6 eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors in einer vierten Ausführungsform mit Doppelkurbeltrieb, bei dem die Membran mit unterschiedlichen zueinander beabstandeten Bereichen des Gehäuses der Hub-Vorrichtung verbunden ist und sich in erster Endstellung befindet,
- 7 eine schematische Darstellung des Membran-Eintakt-Motors aus 6, bei der sich die Membran in zweiter Endstellung befindet,
- 8 eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors in einer fünften Ausführungsform,
- 9 eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors in einer sechsten Ausführungsform mit einer Hub-Vorrichtung, bei der die Membranstange ein elastisches Federglied aufweist, und
- 10 eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors in einer siebten Ausführungsform mit zwei Hub-Vorrichtungen, bei der die Membranstange ein elastisches Federglied aufweist.

1 zeigt eine Hub-Vorrichtung 1 nach einer ersten Ausführungsform mit einer in der ersten Endstellung befindlichen Membran 6. In einem Gehäuse 2 wird ein Innenraum 3 ausgebildet. Der Innenraum 3 besitzt oberhalb einer Symmetrieebene S einen ersten Teilraum, der von einer oberen Gehäuseinnenwand 4 begrenzt wird, und unterhalb der Symmetrieebene S einen zweiten Teilraum, der von einer unteren Gehäuseinnenwand 5 begrenzt wird. Der erste und zweite Teilraum sind symmetrisch zu der Symmetrieebene S ausgeführt.
Der obere Teilraum hat Seitenwandabschnitte 16 und verläuft zunächst verjüngend nach oben. Am Ende der Seitenwandabschnitte 16 geht der Teilraum in einen Bereich über, dessen Seitenwandabschnitte senkrecht auf der Symmetrieebene S stehen, hier findet also keine Verjüngung mehr statt. Dieser Bereich geht in einen Bodenwandabschnitt 17 des oberen Teilraums über, der parallel zur Symmetrieebene S verläuft und in der Mitte einen leicht (nach oben) versenkten Wandbereich aufweist. Von der Symmetrieebene S erstreckt sich der zweite Teilraum des Innenraums 3, der symmetrisch zum ersten Teilraum ausgestaltet ist, nach unten. Im Gegensatz zu dem ersten Teilraum befindet sich zusätzlich zu dem versenkten Wandbereich des Bodenwandabschnitts 17 eine Membranstangen-Gehäuse-Öffnung 13 in dem Bodenwandabschnitt 17.
Das Gehäuse 2 weist mehrere Teile auf. Die Teile sind mit Schraubverbindungen miteinander befestigt. Zwischen einem oberen und einem unteren Gehäuseteil ist eine Membran 6 befestigt. Die Membran 6 teilt den Innenraum 3 in eine erste obere Druckkammer 7 und eine zweite untere Druckkammer 8. Die Membran befindet sich in 1 in einer Stellung nahe der zweiten Gehäuseinnenwand 5. Das Volumen der ersten Druckkammer 7 nimmt in der Stellung in 1 nahezu den gesamten Innenraum 3 des Gehäuses 2 ein. Das Volumen der unteren Druckkammer 8 ist auf einen sehr schmalen Bereich zwischen der Membran 6 und der zweiten Gehäuseinnenwand 5 beschränkt.
Von der ersten Druckkammer 7 führt eine Erste-Druckkammer-Öffnung 11 durch das Gehäuse 2 nach außen. Die Erste-Druckkammer-Öffnung 11 weist eine Öffnung auf, durch die ein Druckmedium in die Druckkammer 7 zuführbar ist und eine Öffnung auf, durch die das Druckmedium aus der Druckkammer 7 abführbar ist. Das Zu- und Abführen von Druckmedium ist in der 1 durch Pfeile in der Erste-Druckkammer-Öffnung markiert. Von der zweiten Druckkammer 8 führt eine Zweite-Druckkammer-Öffnung 12 durch das Gehäuse 2 nach außen. Die Zweite-Druckkammer-Öffnung 12 weist eine Öffnung auf, durch die ein Druckmedium in die Druckkammer 8 zuführbar ist und eine Öffnung auf, durch die das Druckmedium aus der Druckkammer 8 abführbar ist. Das Zu- und Abführen von Druckmedium ist in der 1 durch Pfeile in der Zweite-Druckkammer-Öffnung markiert.
Die Membran 6 weist einen elastischen insgesamt flächigen Membrankörper 19 auf. Der mittlere Bereich des flächigen Membrankörpers 19 ist zwischen zwei Versteifungsglieder 14 eingespannt. Die Versteifungsglieder 14 haben die Form einer Kreisplatte und sind so ausgebildet, dass sie in dem Bereich der Gehäuseinnenwände 4,5 , dessen Seitenwandabschnitte senkrecht auf der Symmetrieebene S stehen, versenkt werden können. Sie sind auf je einer Seite des flächigen Membrankörpers 19 vorgesehen und spannen den flächigen Membrankörpers 19 zwischen ihnen ein.
Weiterhin sind im Mittenbereich des flächigen Membrankörpers 19 zwei Befestigungsglieder 15 angebracht. Die Befestigungsglieder 15 haben jeweils die Form einer Platte und weisen einen deutlich kleineren Durchmesser als die Versteifungsglieder 14 auf. Sie sind auf je einer Seite des flächigen Membrankörpers 19 auf den Versteifungsgliedern 14 derart angebracht, dass die wiederum die die Versteifungsglieder 14 von oben und unten einspannen.
Die Befestigungsglieder 15 sind dazu ausgebildet, dass mit ihnen die Membran 6 mit einer Membranstange 10 verbunden werden kann. Mithilfe einer, auf einer der Membran 6 zugewandten Seite der Membranstange 10 anbringbaren Schraube, werden die Befestigungsglieder 15, die Versteifungsglieder 14 und der flächige Membrankörper 19 zwischen dem Schraubenkopf der Schraube und der Membranstange 10 eingespannt. Den Bereich der Membran 6, in dem sich die Befestigungsglieder 15 befinden und die Membran mit der Membranstange 10 verbunden wird, ist der Membranstangenbefestigungsbereich 9. Die Membranstange 10 wird mit einer Führung 31 in der Membranstangen-Gehäuse-Öffnung 13 geführt. Eine Dichtung 30 dichtet den unteren Druckraum 8 dicht nach außen ab.
Die Membran 6 befindet sich in 1 in einer Stellung nahe der zweiten Gehäuseinnenwand 5. In dieser Stellung befindet sich der Seitenwandabschnitt 16 der zweiten Druckkammer 8 in Anlage oder nahe mit dem flächigen Membrankörper 19 der Membran 6. Ferner befindet sich der Bodenwandabschnitt 17 der zweiten Druckkammer 8 in Anlage oder nahe mit dem unteren Versteifungsglied 14 und dem unteren Befestigungsglied 15 der Membran 6. Der Bereich, in dem sich die zweite Druckkammer 8 nicht mehr verjüngt, ist derart komplementär zu dem unteren Versteifungsglied 14 und dem unteren Befestigungsglied 15 ausgebildet, dass das untere Versteifungsglied 14 und das untere Befestigungsglied 15 jeweils in Versenkungen in der Gehäuseinnenwand 5 der Druckkammer 8 eintauchen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors 20 in einer ersten Ausführungsform mit Doppelkurbeltrieb, bei dem sich die Membran 6 in zweiter Endstellung befindet. Mit der Membran 6 ist eine Membranstange 10 verbunden. Das untere Ende der Membranstange 10 ist mit zwei Pleueln 24 verbunden. Ein Ende jedes Pleuels 24 ist gelenkig mit der Membranstange 10 verbunden. Das andere Ende jedes Pleuels 24 ist gelenkig mit Pleuelzapfen 25 verbunden. Je ein Pleuelzapfen 25 ist an jeweils einer Kurbelscheibe 21 angeordnet und steht von dieser in Axialrichtung vor. Die zwei Kurbelscheiben 21 weisen jeweils eine Umfangsverzahnung auf. Die beiden Umfangsverzahnungen greifen ineinander. Die Pleuelzapfen 25 befinden sich radial innerhalb der Umfangsverzahnungen exzentrisch zu den Drehachsen der Kurbelscheiben 21. Die mit der Membran 6 verbundene Membranstange 10 befindet sich entsprechend der Membran 6 auch in Endstellung. Das Volumen der zweiten Druckkammer 8 ist in dieser Position wesentlich größer im Vergleich zu dem Volumen der ersten Druckkammer 7. Mit Pfeilen ist schematisch die Möglichkeit des Zu- und Abführens des Druckmediums durch nicht gezeigte Zu- und Abführkanäle in die erste und zweite Druckkammer 7, 8 dargestellt. In gestrichelter Linie ist die Membran 6 angedeutet, wenn sie sich in erster Endstellung befindet. Bevorzugt kommt bei der in 2 gezeigten Ausführungsform die in 1 gezeigte Hub-Vorrichtung zum Einsatz. 2 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine solche Hub-Vorrichtung daher nur in vereinfachter Darstellung.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Membran-Eintakt-Motors 20 aus 2, bei dem sich die Membran 6 in erster Endstellung befindet. Die Position der Membran 6 in zweiter Endstellung wie in 2 ist in gestrichelter Linie angedeutet. Die mit der Membran 6 verbundene Membranstange 10 befindet sich entsprechend auch in Endstellung. Das Volumen der ersten Druckkammer 7 ist wesentlich größer im Vergleich zu dem Volumen der zweiten Druckkammer 8. Mit Pfeilen ist schematisch die Möglichkeit des Zu- und Abführens des Druckmediums in die erste und zweite Druckkammer 7, 8 dargestellt. Die Bewegung der Membranstange 10 hat zu einer Drehung der Kurbelscheiben 21, die jeweils auf einer Kurbelwelle 26 angebracht sind, geführt, so dass die Verbindung der beiden Pleuel 24 mit der Kurbelscheibe 21 sich nun an einer der Membran 6 abgewandten Seite der Kurbelscheibe 21 befindet.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors 20 in einer zweiten Ausführungsform mit Doppelkurbeltrieb und vier Hub-Vorrichtungen, die sich voneinander unterscheiden. Zwei der insgesamt vier Hub-Vorrichtungen 1 befinden sich oberhalb des Doppelkurbeltriebs und zwei der insgesamt vier Hub-Vorrichtungen befinden sich unterhalb des Doppelkurbeltriebs. Die Membrane 6 aller Hub-Vorrichtungen 1 sind alle mit einer gemeinsamen Membranstange 10 verbunden. Alle Hub-Vorrichtungen 1 befinden sich in erster Endstellung. Die zwei mittig angeordneten Hub-Vorrichtungen haben im Vergleich zu den anderen zwei Hub-Vorrichtungen eine größeren Durchmesser und eine größere Membran 6. Die Membranstange 10 ist in einem mittleren Bereich über jeweils einen an der Membranstange befestigten Pleuel 24 und einen Pleuelzapfen 25 mit zwei Kurbelscheiben 21 verbunden. In gestrichelter Linie ist die Membran angedeutet, wenn sie sich jeweils in erster Endstellung befindet. Mit Pfeilen ist schematisch die Möglichkeit des Zu- und Abführens des Druckmediums in die erste und zweite Druckkammer dargestellt. Bevorzugt kommt bei der in 4 gezeigten Ausführungsform die in der 1 gezeigte Hub-Vorrichtung zum Einsatz. 4 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine vereinfachte Hub-Vorrichtung.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors 10 in einer dritten Ausführungsform mit Doppelkurbeltrieb, zwei Hub-Vorrichtungen 1 und zwei Membranstangen 10. Die Membran 6 der linken Hub-Vorrichtung 1 befindet sich in erster Endstellung und die Membran 6 der rechten Hub-Vorrichtung 1 befindet sich in zweiter Endstellung. Die Membranstange 10 der linken und der rechten Hub-Vorrichtung 1 sind mit einer gemeinsamen Kurbelwelle 26 verbunden. In gestrichelter Linie ist die Membran angedeutet, die sich in oberer bzw. erster Endstellung befindet. Mit Pfeilen ist schematisch die Möglichkeit des Zu- und Abführens des Druckmediums in die erste und zweite Druckkammer dargestellt. Bevorzugt kommt bei der in 5 gezeigten Ausführungsform die in der 1 gezeigte Hub-Vorrichtung zum Einsatz. 5 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine vereinfachte Hub-Vorrichtung.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors 20 in einer vierten Ausführungsform mit Doppelkurbeltrieb, bei dem die Membran 6 mit unterschiedlichen, zueinander beabstandeten Bereichen des Gehäuses 2 der Hub-Vorrichtung 1 verbunden ist. Die Membran 6 besteht aus einer ersten Schicht 27 und einer zweiten Schicht 28. Die beiden Schichten liegen mittig aneinander an und sind mit der Membranstange 10 verbunden. In den Randbereichen sind die beiden Schichten mit dem Gehäuse verbunden, wobei die eine Schicht 27 in einem oberen Bereich des Gehäuses 2 mit diesem verbunden ist und die andere Schicht 28 in einem unteren Bereich des Gehäuses 2 mit diesem verbunden ist. Die Membran 6 befindet sich in erster Endstellung. In der ersten Endstellung ist die erste Membranschicht 27 nach unten gewölbt. Zwischen der ersten Membranschicht 27 und der ersten Gehäuseinnenwand 4 befindet sich die erste Druckkammer 7. Die zweite Membranschicht 28 ist gleichzeitig entspannt und befindet sich nahe oder in Anlage mit der zweiten Gehäuseinnenwand 5. Mit Pfeilen ist schematisch die Möglichkeit des Zu- und Abführens des Druckmediums in die erste und zweite Druckkammer dargestellt.. 6 ist eine schematische Darstellung. Bevorzugt kommt die in der 1 gezeigte Hub-Vorrichtung zum Einsatz, die allerdings eine andere Membran 6 und einen anderen Befestigungsbereich der Membran 6 mit dem Gehäuse 2 aufweist.
7 zeigt eine schematische Darstellung des Membran-Eintakt-Motors aus 6, bei der sich die Membran in zweiter Endstellung befindet. In der zweiten Endstellung ist die zweite Membranschicht 28 nach oben gewölbt. Zwischen der zweiten Membranschicht 28 und der zweiten Gehäuseinnenwand 5 befindet sich die zweite Druckkammer 8. Die erste Membranschicht 27 ist gleichzeitig entspannt und befindet sich nahe oder in Anlage mit der ersten Gehäuseinnenwand 4. Der Zwischenraum zwischen der ersten Membranschicht 27 und der zweiten Membranschicht 28 kann beispielsweise über einen nicht dargestellten Kanal im Gehäuse mit der Umgebung verbunden sein. Alternativ kann der Zwischenraum gegenüber der Umgebung verschlossen sein.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors 20 in einer fünften Ausführungsform mit zwei Hub-Vorrichtungen. Die Membrane 6 befinden sich in zweiter Endstellung. Die Verbindung zwischen Membranstange 10 und Kurbelwelle 26 ist als eine Pleuelverbindung ausgebildet, bei der ein Pleuel 24 an einem Ende gelenkig mit der Membranstange 10 im Bereich der Mittelachse der Membranstange 10 verbunden ist und an dem anderen Ende gelenkig mit einem Pleuelzapfen 25, der exzentrisch zu der Drehachse der Kurbelwelle 26 ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle 26 verbunden ist. Die Membranstange 10 wird mit den Führungen 31 linear geführt. Die Dichtungen 30 dichten jeweils einen Druckraum der beiden Hub-Vorrichtungen nach außen dicht ab. Bevorzugt kommt bei der in 8 gezeigten Ausführungsform die in 1 gezeigte Hub-Vorrichtung zum Einsatz. 8 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine vereinfachte Hub-Vorrichtung.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors in einer sechsten Ausführungsform mit einer Hub-Vorrichtung, bei der die Membranstange 10 ein elastisches Federglied 23 aufweist. Die Membran 6 befindet sich in zweiter Endstellung. Die Verbindung zwischen Membranstange 10 und Kurbelwelle 26 ist als eine Pleuelverbindung ausgebildet, bei der ein Pleuel 24 an einem Ende gelenkig mit der Membranstange 10 im Bereich der Mittelachse der Membranstange 10 verbunden ist und an dem anderen Ende gelenkig mit einem Pleuelzapfen 25, der exzentrisch zu der Drehachse der Kurbelwelle 26 ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle 26 verbunden ist. Die Membranstange 10 wird mit der Führung 31 linear geführt. Die Dichtung 30 dichtet die erste Druckkammer 7 nach außen dicht ab. Das elastische Federglied 23 ist zwischen einem ersten Teil der Membranstange 10, an den das Pleuel 24 angebracht ist, und einem zweiten Teil der Membranstange 10, an den die Membran 6 angebracht ist, angeordnet. Der erste Teil und der zweite Teil der Membranstange 10 können sich relativ zueinander bewegen, wobei das elastische Federglied dabei zusammengedrückt wird bzw. sich entspannt. Bevorzugt kommt bei der in 9 gezeigten Ausführungsform die in 1 gezeigte Hub-Vorrichtung zum Einsatz. 9 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine vereinfachte Hub-Vorrichtung.
10 eine schematische Darstellung eines Membran-Eintakt-Motors in einer siebten Ausführungsform mit zwei Hub-Vorrichtungen, bei der die Membranstange ein elastisches Federglied aufweist. Die in 10 gezeigte Ausführungsform entspricht der in 9 gezeigten Ausführungsform, aber weist zusätzlich noch eine zweite Hub-Vorrichtung auf, die mit der Membranstange 10 verbunden ist. Bevorzugt kommt bei der in 10 gezeigten Ausführungsform die in 1 gezeigte Hub-Vorrichtung zum Einsatz. 10 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine vereinfachte Hub-Vorrichtung.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
Bezugszeichenliste

1: Hub-Vorrichtung
2: Gehäuse
3: Innenraum
4: erste Gehäuseinnenwand
5: zweite Gehäuseinnenwand
6: Membran
7: erste Druckkammer
8: zweite Druckkammer
9: Membranstangenbefestigungsbereich
10: Membranstange
11: Erste-Druckkammer-Öffnung
12: Zweite-Druckkammer-Öffnung
13: Membranstangen-Gehäuse-Öffnung
14: Versteifungsglied
15: Befestigungsglied
16: Seitenwandabschnitte
17: Bodenwandabschnitte
18: Versteifungsglied
19: Flächiger Membrankörper
20: Membran-Eintakt-Motor
21: Kurbelscheibe
22: Steuereinheit
23: Elastisches Federglied
24: Pleuel
25: Pleuelzapfen
26: Kurbelwelle
27: Erste Membranschicht
28: Zweite Membranschicht
30: Dichtung
31: Führung
S: Symmetrieebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10247196 B4 [0061]
DE 102015013489 A1 [0061]

Claims

Hub-Vorrichtung (1) für einen Membran-Eintakt-Motor (20), die aufweist ein Gehäuse (2), in dem ein Innenraum (3) zwischen einer ersten Gehäuseinnenwand (4) und einer zweite Gehäuseinnenwand (5) ausgebildet ist, und eine mindestens teilweise verformbare Membran (6), bei der die Membran (6) derart mit dem Gehäuse (2) verbunden ist, dass sie den Innenraum (3) in eine erste Druckkammer (7) zwischen der Membran (6) und der ersten Gehäuseinnenwand (4) und eine zweite Druckkammer (8) zwischen der Membran (6) und der zweiten Gehäuseinnenwand (5) aufteilt, die Membran einen Membranstangenbefestigungsbereich (9) aufweist, der dazu ausgebildet ist, mit einer Membranstange (10) verbunden zu werden, das Gehäuse mindestens eine Erste-Druckkammer-Öffnung (11), über die ein erstes Druckmedium in die erste Druckkammer (7) zuführbar und/oder ablassbar ist, mindestens eine Zweite-Druckkammer-Öffnung (12), über die ein zweites Druckmedium in die zweite Druckkammer (8) zuführbar und/oder ablassbar ist, und mindestens eine Membranstangen-Gehäuse-Öffnung (13), die dazu ausgebildet ist, dass die Membranstange (10) durch sie von dem Membranstangenbefestigungsbereich (9) durch die zweite Druckkammer (8) nach außen führbar ist, aufweist, und die Membran (6) derart ausgebildet ist, dass durch abwechselndes Zuführen und Ablassen des ersten Druckmediums in und aus der ersten Druckkammer (7) und des zweiten Druckmediums in und aus der zweiten Druckkammer (8) der Membranstangenbefestigungsbereich (9) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung hin und her bewegbar ist.
Hub-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Membran (6), die erste Gehäuseinnenwand (4) und die zweite Gehäuseinnenwand (5) so ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass die Membran (6) durch Zuführen des ersten Druckmediums in die erste Druckkammer (7) und/oder Abführen des zweiten Druckmediums aus der zweiten Druckkammer (8) zur Erhöhung des Druckes in der ersten Druckkammer (7) gegenüber dem Druck in der zweiten Druckkammer (8) in eine erste Endstellung bringbar ist, in der die Membran (6) in der Nähe oder in Anlage mit mindestens einem Bereich der zweiten Gehäuseinnenwand (4) ist, und die Membran (6) durch Zuführen des zweiten Druckmediums in die zweite Druckkammer (8) und/oder Abführen des ersten Druckmediums aus der ersten Druckkammer (7) zur Erhöhung des Druckes in der zweiten Druckkammer (8) gegenüber dem Druck in der ersten Druckkammer (7) in eine zweite Endstellung bringbar ist, in der die Membran (6) in der Nähe oder in Anlage mit mindestens einem Bereich der ersten Gehäuseinnenwand (4) ist.
Hub-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Membran (6) mehrere Schichten, die sich optional innerhalb einer Schicht und/oder untereinander in Werkstoff und/oder Dicke unterscheiden, aufweist, oder die Membran eine Schicht aufweist, die abschnittsweise aus unterschiedlichen Werkstoffen ausgebildet ist und/oder unterschiedliche Dicken aufweist.
Hub-Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, mit mindestens einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht außenumfangsseitig mit unterschiedlichen zueinander beabstandeten Bereichen des Gehäuses (2) verbunden sind.
Hub-Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Innenraum (3) mindestens abschnittsweise die Form von zwei mit ihrer jeweiligen Grundfläche aufeinander stehenden Kegelstümpfen aufweist, bei der Seitenwandabschnitte (16) der ersten und zweiten Gehäuseinnenwand (4; 5) mindestens abschnittsweise durch die Kegelstumpfmantelfläche ausgebildet sind und Bodenwandabschnitte (17) der ersten und zweiten Gehäuseinnenwand (4; 5) mindestens abschnittsweise durch die Kegelstumpfdeckfläche oder parallel zu dieser ausgebildet sind.
Hub-Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Innenraum (3) durch zwei rotationssymmetrische Teilräume ausgebildet wird, die in einer Symmetrieebene aufeinander stehen und sich symmetrisch zur Symmetrieebene in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, bei der ein Seitenwandabschnitt des Teilraums mindestens abschnittsweise verjüngend nach au-ßen verlaufen und ein Bodenwandabschnitt des Teilraums mindestens abschnittsweise parallel zur Symmetrieebene ist.
Hub-Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Membran (6) einen Versteifungsbereich aufweist, in dem die Membran (6) versteift oder steif ausgebildet ist, der von einem Umformungsbereich umgeben ist, der die Bewegung der Membran zwischen den Endstellungen ermöglicht.
Hub-Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, bei der die Membran so ausgebildet ist, dass die Membran in der ersten und/oder zweiten Endstellung komplementär zu dem von der jeweiligen Innenwand ausgebildeten Innenraum ist, wobei der Versteifungsbereich derart komplementär zu den Bodenwandabschnitten (17) und der Umformungsbereich der Membran (6) derart komplementär zu den Seitenwandabschnitten (16) ist, dass das Volumen der ersten bzw. zweiten Druckkammer (7, 8) in den Endstellungen minimiert wird.
Hub-Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Membran (6) einen insgesamt verformbaren flächigen Membrankörper und ein Versteifungsglied (14), das insbesondere plattenförmig ausgebildet ist und den Membrankörper in dem Versteifungsbereich versteift, aufweist.
Hub-Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, bei der ein insbesondere plattenförmig ausgebildetes Versteifungsglied (18), das von dem Umformungsbereich der Membran umgeben ist und mit dem Umformungsbereich der Membran verbunden ist, den Versteifungsbereich ausbildet.
Hub-Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Membran in dem Membranstangenbefestigungsbereich (9) ein Befestigungsglied (15), das insbesondere plattenförmig ausgebildet ist, aufweist und dazu dient, die Membranstange (10) an der Membran (6) zu befestigen.
Hub-Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das erste Druckmedium und das zweite Druckmedium gleich sind.
Membran-Eintakt-Motor (20), aufweisend: eine Hub-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-12, eine Membranstange (10), eine Ventilvorrichtung, eine Steuereinheit (22), und eine Kurbelwelle (21), bei dem die Membranstange mit der Membran (6) der Hub-Vorrichtung (1) in dem Membranstangebefestigungsbereich (9) verbunden ist und sich von dem Membranstangenbefestigungsbereich (9) durch die zweite Druckkammer (8) und die mindestens eine Membranstangen-Gehäuse-Öffnung (13), die derart abgedichtet ist, dass die zweite Druckkammer nach außen abgedichtet ist, beweglich aus dem Gehäuse (2) erstreckt, mit der Steuereinheit (18) die Ventilvorrichtung in eine erste Steuerstellung bringbar ist, bei der das zweite Druckmedium aus der zweiten Druckkammer (8) abführbar und das erste Druckmedium in die erste Druckkammer (7) zuführbar ist, wodurch die Membran (6) in die erste Endstellung bringbar ist, und in eine zweite Steuerstellung bringbar ist, bei der das erste Druckmedium aus der ersten Druckkammer (7) abführbar und das zweite Druckmedium in die zweite Druckkammer (8) zuführbar ist, wodurch die Membran (6) in die zweite Endstellung bringbar ist, so dass die an der Membran (6) befestigten Membranstange (10) dadurch mit der Membran (6) hin und her bewegbar ist, und die Kurbelwelle (21) derart mit der Membranstange (10) verbunden ist, dass die Hin und Her Bewegung der Membranstange (10) in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle (21) überführt wird.
Membran-Eintakt-Motor (20) nach Anspruch 13, bei dem die Ventilvorrichtung derart steuerbar ist, dass die Hub-Vorrichtung (1) bedarfsabhängig wahlweise in einem 1-Takt-Betrieb, bei dem die Membran (6) bei jeder Bewegung zwischen den Endstellungen mit Druck beaufschlagt wird, oder in einem Mehrtakt-Betrieb, bei dem die Membran (6) in einzelnen Bewegungen zwischen den Endstellungen nicht mit Druck beaufschlagt wird, arbeiten.
Membran-Eintakt-Motor (20) nach Anspruch 13 oder 14 mit mindestens zwei der Hub-Vorrichtungen (1), die eine gemeinsame Membranstange (10) aufweisen, die mit jeder der Membrane (6) der Hubvorrichtungen verbunden ist.
Membran-Eintakt-Motor (20) nach Anspruch 15, bei dem die mindestens zwei der Hub-Vorrichtungen (1), insbesondere die Membrane, unterschiedlich sind und/oder gegenüberliegend bezogen auf die Verbindung von Kurbelwelle (21) und Membranstange (10) angeordnet sind.
Membran-Eintakt-Motor (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 16 mit mindestens zwei der Hub-Vorrichtungen (1) mit jeweils einer Membranstange (10), die jeweils mit derselben Kurbelwelle (21) verbunden ist.
Membran-Eintakt-Motor (20) nach Anspruch 17, bei dem die mindestens zwei Hub-Vorrichtungen (1), insbesondere die Membrane, und/oder die Membranstangen (10) und/oder die Kurbelarme der Kurbelwelle (21), mit denen die Membranstangen (10) verbunden sind, unterschiedlich ausgebildet sind, so dass die mindestens zwei Hub-Vorrichtungen mit verschiedenen Hubvolumen und/oder Hubhöhen vorgesehen sind.
Membran-Eintakt-Motor (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem die Steuereinheit (18) die Ventilvorrichtung derart steuert, dass mindestens zwei der Hub-Vorrichtungen (1) mit unterschiedlichen Takten arbeiten und/oder mit unterschiedlichen Druckdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Druckkammer in der ersten und zweiten Endstellung arbeiten.
Membran-Eintakt-Motor (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 19 mit mindestens zwei Kurbelwellen (21), die unterschiedliche Drehrichtungen haben und/oder für die Übertragung unterschiedlicher Drehmomente geeignet sind.
Membran-Eintakt-Motor (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 20, mit einem Doppelkurbeltrieb mit zwei sich gegensinnig mit gleicher Drehzahl drehenden Kurbelwellen (21), bei dem die Membranstange (10) mit jeder der Kurbelwellen (21) über ein Pleuel (19) derart verbunden ist, dass die Membranstange (10) linear geführt wird und die Membran (6) bei Drehung des Doppelkurbeltriebes um 360 Grad Kurbelwinkel von ihrer ersten Endstellung in die zweite Endstellung und wieder zurück in die erste Endstellung bewegt wird.
Membran-Eintakt-Motor (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 21 , mit Elektromagneten, die derart ausgebildet sind, dass mit Ihnen die Membran (6) anziehbar und abstoßbar sind.
Membran-Eintakt-Motor (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 22, bei dem die Membranstange (10) ein elastisches Federglied (23) aufweist, das durch die auf die Membranstange (10) einwirkenden Zug- und Druckkräfte auseinandergezogen und zusammengedrückt wird und sich derart wieder entspannt, dass die durch die Membranstange (10) auf die Kurbelwelle (21) einwirkende Kraft vergleichmäßigt wird und/oder bei dem beim Bewegen der Membran von der einen Endstellung in die andere Endstellung durch Zuführen und Abführen der Druckmedien der Versteifungsbereich im Wesentlichen nicht verformt wird.