DE60024987T2

DE60024987T2 - Kombination aus einer kammer und einem kolben

Info

Publication number: DE60024987T2
Application number: DE60024987T
Authority: DE
Inventors: Nicolaas Van Der Blom
Original assignee: NVB International AS
Current assignee: NVB International AS
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: KR100833553B1; CN101354032B; PL351887A1; CN101498299B; OA12509A; UA73089C2; JP2011017441A; US8127660B2; CA2377413A1; EP1173677A1; CA2371211C; NO20015592L; EP1173677B8; JP2014142067A; EA200100964A1; US6978711B1; US20060032370A1; CN1358257A; ES2300139T3; AU3139199A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die eine Kombination aus einer Kammer und einem in der Kammer angeordneten Kolben umfasst, wobei diese Kammer und dieser Kolben in einer vorgegebenen Bewegungsrichtung zwischen einer ersten und einer zweiten Position relativ zueinander beweglich sind. Solche Kombinationen können in einer beliebigen Vorrichtung verwendet werden, wo eine Kombination aus einer Kammer und einem Kolben benötigt wird. Beispiele dieser Vorrichtung sind beliebige Arten von Kolbenpumpen, insbesondere händisch betriebene Kolbenpumpen, Betätigungselemente, Stoßdämpfer, Motoren usw.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Problem mit existierenden händisch betriebenen Kolbenpumpen ist es, dass die Arme oder das Bein (die Beine) des Nutzers der Pumpe unmittelbar beansprucht werden. Die Kraft, die aufgebracht werden muss, um die Pumpe zu betreiben, nimmt mit jedem Hub zu, falls der Druck eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums innerhalb eines geschlossenen Körpers, beispielsweise eines Reifens, erhöht werden soll. Die Kraft bleibt gleich, falls das Medium eine nicht zusammendrückbare Flüssigkeit ist, wie zum Beispiel Wasser in Wasserpumpen. Dies vermittelt dem Nutzer einen falschen Eindruck. Beim Entwurfsprozess wird bezüglich der Größe dieser Kräfte oft ein Kompromiss zwischen dem zu erwarteten Gewicht und der Anfangsleistung der Arme oder des Beins (der Beine) des Nutzers und der Zeit, die benötigt wird, den Körper aufzupumpen, gefunden. Der Durchmesser des Kolbens gibt das Kraftmaß vor, welches angelegt werden muss, die Pumpe zu betreiben. Die Pumpzeit wird auch durch die Länge des Zylinders der Pumpe vorgegeben. Dies schränkt die Verwendung der Pumpe auf Personen einer bestimmten Größe ein. Fahrrad- und Autopumpen sind klare Beispiele. Besonders Hochdruckpumpen sind auf männliche Nutzer optimiert (Entwurfsausgangsmerkmale: Gewicht von 75 kg, Größe 1,75 m), trotz der Tatsache, dass Frauen und Jugendliche die größte Gruppe der Rennradnutzer bilden.
Wenn Drücke im Bereich von 4–13 bar unter Verwendung derselben Pumpe, beispielsweise mit einer Hochdruckfahrradpumpe, erreicht werden sollen, ist es problematisch, geringe Pumpdauer für hochvolumige Niederdruckreifen und geringe Kräfte für niedrigvolumige Hochdruckreifen zu kombinieren, falls die Pumpe eine handbetriebene (Stand-)Pumpe ist. Falls ein Niederdruckreifen mit einem vergleichsweise großen Volumen durch eine Hochdruckpumpe aufgepumpt werden soll, dauert es länger als notwendig und der Nutzer spürt überhaupt keine Reaktionskräfte, was dem Nutzer einen falschen Eindruck vermittelt. Es ist oft schwierig, den richtigen Reifendruck eines Hochdruckreifens, beispielsweise mit einer Hochdruckstandpumpe, zu erhalten, da oft lediglich ein Teil eines letzten Pumpenhubs benötigt wird, meist nicht am Ende des Hubs. Daher ist es oft schwierig, die Bewegung und das Anhalten des Kolbens aufgrund der zu hohen Betätigungskräfte zu kontrollieren. Neue Arten von Fahrrädern und Reifen wurden seit Beginn der 1980er Jahre eingeführt. Diese neuen Fahrräder werden weit reichend als Transportmittel verwendet. Daher wurden universelle Kolbenpumpen in der Patentliteratur beobachtet. Diese Pumpen können sowohl Niederdruck- als auch Hochdruckreifen mittels einer vernünftigen Kraftmenge und Zeit aufpumpen. Dies wird durch die simultane Verwendung einiger koaxial/parallel angeordneter Zylinder und Kolben erreicht, die an und abgeschaltet werden können (z.B. DE 195 18 242 A1 , DE 44 39 830 A1 , DE 44 34 508 A1 , PCT/SE96/00158). Diese Lösungen sind teuer und neigen aufgrund der Tatsache, dass Schlüsselteile mehrfach in der Pumpe eingearbeitet sind, zur Fehlfunktionen.
Eine Fahrradstandpumpe, die von außen die Form eines reinen einzelnen Kegelstumpfs mit einem beweglichen Kolben hat, ist aus der frühen Fahrrad-Literatur bekannt. The aim is apparently to reduce the Betätigungskraft, as the cone is standing upside down. Es existiert offensichtlich kein Stand der Technik betreffend Kolben, die sich in einer Kammer mit unterschiedlichen Durchmessern bewegen können und welche ordentlich und fest abdichten. Dies ist nicht überraschend, da es nicht so leicht ist, einen zuverlässigen Kolben dieser Art herzustellen, insbesondere nicht mit dem Stand der Technik jener Zeit, selbst wenn lediglich hochvolumige Niederdruckreifen existierten. Eine Undichtigkeit würde kein großes Problem bei einem solchen Verbraucher-Produkt bedeuten. Bei gegenwärtige Hochdruckpumpen oder solchen für professionelle Zwecke ist es entscheidend, dass keine Undichtigkeit existiert. Die Anforderungen an den Kolbenaufbau für Hochdruckpegel und/oder Nieder- und Hochdruckpegel, die keine Undichtigkeiten verursachen, unterscheiden sich von solchen, die lediglich mit Niederdruckpegeln zu tun haben.
Die US 5,503,188 betrifft einen organisch aufgebauten Leitungsflussstopfen mit einem aufblasbaren undurchlässigen Beutel. Dieser Stopfen kann nicht mit einem beweglichen Kolben verglichen werden. In einer Pumpe können die zu komprimierenden und/oder zu bewegenden Medien fortlaufend eine dynamische Belastung des Kolbens verursachen, während die Wand der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer der Pumpe ihre Querschnittsfläche und/oder Form rechtwinklig zur Bewegung des Kolbens zwischen einem Punkt und einem anderen ändern, was zu spezifischen Abdichtungsproblemen führt. Diese Abdichtungsprobleme werden durch die vorliegende Erfindung gelöst.
GB 2 023 715A und GB 2 070 731A betreffen Pumpen mit einem Zylinder, der eine leichte innere Verjüngung aufgrund technischer Produktionsgründe aufweist, da die Zylinder im Spritzguss hergestellt werden. Die Verjüngung zielt darauf ab, den Zylinder aus der Form herausnehmen zu können. Der Kolben hat eine Abdichtung mit einem Feder beziehungsweise zwei Dichtspaltringen, die verschiebbar von dem Kolben gehalten werden, um vollständig effektiv über den gesamten Hub zu verbleiben. Eine Verjüngung von 0,15 mm auf einen Durchmesser von 50–100 mm kann nicht mit solchen der vorliegende Erfindung verglichen werden, da die Verringerung der Fläche zwischen zwei transversalen Querschnitten entlang der Längsachse der Kammer so klein ist (etwa 0,5 %), dass dies nahezu keine Auswirkung auf die Umfangslänge der transversalen Querschnittsflächen oder auf die Antriebskraft der Pumpe während des Hubs hat, auch weil der Druck in der Pumpe sehr gering ist. Die kleine Federkante beziehungsweise Dichtspaltringe des Kolbens können leicht die sehr kleine, zuvor erwähnte Verjüngung einspannen. Die Kolben, die in der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, können nicht mit solchen dieses Standes der Technik verglichen werden, da die vorliegenden Kolben primär entwickelt wurden, die Änderung der transversalen Querschnittsflächen von viel höherer Größe zu überwinden. Die Verjüngungen, die in der vorliegenden Erfindung dargestellt werden, sind maßstabsgetreu (sofern nicht anders angegeben) und sind nicht für eine leichtere Erläuterung übertrieben dargestellt, wie es der Fall in der GB 2 070 731A ist.
DIE AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine zuverlässige und preiswerte Vorrichtung bereitzustellen, die eine Kombination aus einer Kammer und einem Kolben aufweist, deren Entwurf spezifische Anforderungen hinsichtlich der Betätigungskraft erfüllt.
Diese Vorrichtungen können insbesondere Kolbenpumpen aber auch Vorrichtungen, wie Betätigungselemente, Stoßdämpfer oder Motoren usw. Sein. Händisch betriebene Kolbenpumpen sind von der Zielgruppe in komfortabler Weise ohne einen Kompromiss hinsichtlich der Pumpzeit zu bedienen, während Vorrichtungen, die nicht händisch betrieben werden, eine wesentliche Reduktion der Investitionen und der Betriebskosten aufgrund der niedrigeren Betätigungskraft erreichen. Die Erfindung zielt darauf, die zuvor erwähnten Probleme zu überwinden. Dieses Ziel wird insbesondere durch die Kolben-Kammer-Kombinationen gemäß der Ansprüche 1, 5 und 28 erreicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Allgemeinen muss ein neuer Entwurf für eine Kombination einer Kammer und eines Kolbens beispielsweise für eine Pumpe sicher stellen, dass die Kraft, die aufgebracht werden muss, um die Pumpe zu bedienen, während des gesamten Pumpbetriebs niedrig genug ist, um als komfortabel vom Benutzer empfunden zu werden, dass die Länge eines Hubes geeignet ist, beispielsweise für Frauen und Jugendliche, dass die Pumpzeit nicht ausgedehnt ist und dass die Pumpe ein Minimum an Bestandteilen aufweist, die zuverlässig und frei von Wartungszeiten sind.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Kombination aus einem Kolben und einer Kammer, worin:
die Kammer eine längliche Kammer mit einer Längsachse vorgibt,

– die Kammer an einer ersten Längsposition davon eine erste Querschnittsflächen darin und an einer zweiten Längsposition davon eine zweite Querschnittsfläche darin aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche 95% oder weniger der ersten Querschnittsfläche ausmacht, wobei die Änderung im Querschnitt der Kammer wenigstens im Wesentlichen kontinuierlich zwischen der ersten und zweiten Längspositionen erfolgt,

Aufgrund der Tatsache, dass der Kolben in der Lage sein muss, mit der Innenwand der Kammer während der Bewegung zwischen der ersten und zweiten Längsposition dicht abzuschließen, ist ebenso die Änderung des Querschnitts der Kammer bevorzugt wenigstens im Wesentlichen kontinuierlich, – was so viel heißen soll, dass sie ohne abrupte Änderungen in einem Längsschnitt der Innenwand ist.
Im vorliegenden Kontext ist die Querschnittsfläche der Kammer die Querschnittsfläche des Innenraums darin im ausgewählten Querschnitt.
Wie nachfolgend deutlich werden wird, schafft die Tatsache, dass die Fläche der inneren Kammer sich ändert, die Möglichkeit die Kombination auf eine Anzahl von Situationen tatsächlich maßzuschneidern.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kombination als eine Pumpe verwendet, wobei die Bewegung des Kolbens Luft komprimieren wird und diese durch ein Ventil beispielsweise in einen Reifen ausstoßen wird. Die Fläche des Kolbens und der Druck auf der anderen Seite des Ventils legen die Kraft fest, die erforderlich ist, einen Luftstrom durch das Ventil hervorzurufen. Somit kann eine Anpassung der erforderlichen Kraft erfolgen. Ebenso wird das bereitgestellte Luftvolumen von der Fläche des Kolbens abhängen. Jedoch um die Luft zu komprimieren, wird die erste Translationsbewegung des Kolbens vergleichsweise leicht erfolgen (der Druck ist vergleichsweise niedrig), wobei dies mit einer großen Fläche durchgeführt werden kann. Somit kann insgesamt eine größere Luftmenge bei einem gegebenen Druck während eines einzelnen Hubs einer vorgegebenen Länge bereitgestellt werden.
Natürlich kann die tatsächliche Verringerung der Fläche von der beabsichtigten Verwendung der Kombination sowie der in Frage kommenden Kraft abhängen.
Bevorzugt beträgt die zweite Querschnittsfläche 95–15%, wie etwa 95–70% der ersten Querschnittsfläche. In bestimmten Situationen beträgt die Querschnittsfläche annähernd 50% der ersten Querschnittsfläche.
Eine Anzahl verschiedener Technologien kann zur Realisierung dieser Kombination verwendet werden. Diese Technologien werden weiter in Bezug auf die nachfolgenden Aspekte der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine solche Technologie ist die, bei der der Kolben Folgendes umfasst:

– eine Mehrzahl wenigstens im Wesentlichen steifer Stützelemente, die drehbar an einem gemeinsamem Element befestigt sind,
– elastisch verformbares Mittel, welches durch die Stützelemente gestützt wird, für die Abdichtung gegen eine Innenwand der Kammer,
– die Stützelemente sind zwischen 10° und 40° relativ zur Längsachse drehbar.

In jener Situation kann das gemeinsame Element an einen Griff für die Verwendung durch einen Benutzer angebracht sein und dabei erstrecken sich die Stützelemente in der Kammer in eine Richtung relativ vom Griff weg.
Die Stützelemente sind bevorzugt derart drehbar, dass sie wenigstens annähernd parallel zur Längsachse sind.
Die Kombination kann ebenso ferner Mittel zum Vorspannen der Stützelemente gegen eine Innenwand der Kammer beinhalten.
Eine andere Technologie ist die, bei der der Kolben einen elastisch verformbaren Behälter umfasst, der ein verformbares Material aufweist.
In jener Situation kann das verformbare Material ein Fluid oder eine Mischung von Fluiden, wie Wasser, Dampf und/oder Gas oder ein Schaum sein.
Ebenso kann der Behälter in einem Querschnitt durch die Längsrichtung eine erste Form an der ersten Längsrichtung und eine zweite Form an der zweiten Längsrichtung aufweisen, wobei sich die erste Form von der zweiten Form unterscheidet.
Dann kann wenigstens ein Tel des verformbaren Materials zusammendrückbar sein, und dabei hat die erste Form eine Fläche die größer als die Fläche der zweiten Form ist. Alternativ kann das verformbare Material wenigstens im Wesentlichen nicht zusammendrückbar sein.
Der Kolben kann einen umschlossenen Raum umfassen, der in Verbindung mit dem verformbaren Behälter steht, wobei der der umschlossene Raum ein variables Volumen aufweist. Das Volumen kann durch einen Bediener variiert werden, und es kann einen federvorgespannten Kolben beinhalten.
Noch eine weitere Technologie ist die, bei der die erste Querschnittsform sich von der zweiten Querschnittsform unterscheidet, wobei die Änderung der Querschnittsform der Kammer wenigstens im Wesentlichen kontinuierlich zwischen der ersten und zweiten Längsposition verläuft.
In jener Situation kann die erste Querschnittsfläche wenigstens 5 %, bevorzugt wenigstens 10%, wie etwa wenigstens 20%, bevorzugt wenigstens 30%, wie etwa wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 50%, wie etwa wenigstens 60%, bevorzugt wenigstens 70%, wie etwa wenigstens 80, wie etwa wenigstens 90% größer als die zweite Querschnittsfläche sein.
Auch kann die erste Querschnittsform wenigstens im Wesentlichen kreisförmig sein und dabei die Querschnittsform länglich, wie etwa oval, sein und dabei eine erste Abmessung aufweisen, die zumindest das Doppelte, wie zumindest das Dreifache und bevorzugt zumindest das Vierfache einer Abmessung in einem Winkel zur ersten Abmessung aufweisen.
Des Weiteren kann die erste Querschnittsform wenigstens im Wesentlichen kreisförmig sein und dabei kann die zweite Querschnittsform zwei oder mehr wenigstens im Wesentlichen längliche, wie etwa lappenförmige, Teile beinhalten.
Ebenso kann im Querschnitt an der ersten Längsposition eine erste Umfangslänge der Kammer 80–120%, wie etwa 85–115%, bevorzugt 90–110, wie etwa 95–105, bevorzugt 98–102 % einer zweiten Umfangslänge der Kammer im Querschnitt an der zweiten Längsposition betragen. Bevorzugt sind die erste und zweite Umfangslänge wenigstens im Wesentlichen identisch.
Eine optionale oder zusätzliche Technologie ist eine solche, bei der der Kolben Folgendes umfasst:

– ein elastisch verformbares Material, das so gestaltet ist, dass es sich selbst an den Querschnitt der Kammer anpasst, wenn es sich von der ersten zur zweiten Längsposition der Kammer bewegt, und
– eine gewundene Blattfeder mit einer zentralen Achse wenigstens im Wesentlichen entlang der Längsachse, wobei die Feder angrenzend an das elastisch verformbare Material angeordnet ist, um so das elastisch verformbare Material in Längsrichtung zu halten.

In jener Situation kann der Kolben ferner eine Anzahl flacher Stützmittel umfassen, die zwischen dem elastisch verformbaren Material und der Feder angeordnet sind, wobei die Stützmittel entlang einer Grenzfläche zwischen der Feder und dem elastisch verformbaren Material drehbar sind.
Die Stützmittel können so ausgelegt sein, dass sie sich von einer ersten Position in eine zweite Position drehen, wobei in der ersten Position eine äußerer Begrenzung davon in der ersten Querschnittsfläche beinhaltet sein kann und in der zweiten Position ein äußerer Begrenzung davon in der zweiten Querschnittsfläche beinhaltet sein kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Kombination aus einem Kolben und einer Kammer, worin:

– die Kammer eine längliche Kammer mit einer Längsachse vorgibt,
– die Kammer an einer ersten Längsposition davon eine erste Querschnittsfläche darin und an einer zweiten Längsposition davon eine zweite Querschnittsfläche darin aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche größer als die erste Querschnittsfläche ist, wobei die Änderung im Querschnitt der Kammer wenigstens im Wesentlichen kontinuierlich zwischen der ersten und zweiten Längspositionen erfolgt, der Kolben so ausgestaltet, dass er sich selbst an den Querschnitt der Kammer anpasst, wenn er sich von der ersten zur zweiten Längsposition der Kammer bewegt, wobei der Kolben Folgendes aufweist:
– eine Mehrzahl wenigstens im Wesentlichen steifer Stützelemente, die drehbar an einem gemeinsamem Element befestigt sind,
– elastisch verformbares Mittel, welches durch die Stützelemente gestützt wird, für die Abdichtung gegen eine Innenwand der Kammer, die Stützelemente sind zwischen 10° und 40° relativ zur Längsachse drehbar.

Bevorzugt sind die Stützelemente so drehbar, dass sie wenigstens annähernd parallel zur Längsachse sind.
Somit ist die Art, mit der der Kolben in der Lage ist, sich an verschiedene Flächen und/oder Formen anzupassen, eine solche bei der der Kolben eine Anzahl drehbarer Befestigungsmittel umfasst, die ein Abdichtungsmittel halten. Eine bevorzugte Ausführungsform ist die, bei der der Kolben die Gesamtform eines Schirms aufweist.
Das gemeinsame Element ist bevorzugt an einem Griff für die Verwendung durch einen Bediener befestigt, wie etwa wenn die Kombination al seine Pumpe verwendet wird, und dabei erstrecken sich die Stützelemente in der Kammer in eine Richtung relativ vom Griff weg. Dies hat den Vorteil, dass zunehmender Druck durch Schieben des Griffs in die Kammer die Stützmittel und das Abdichtungsmittel einfach gegen die Wand der Kammer drücken – wodurch die Abdichtung erhöht wird.
Um die Abdichtung sicher zustellen, auch nach einem Hub, umfasst die Kombination bevorzugt Mittel zum Vorspannen der Stützelemente gegen eine Innenwand der Kammer.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Kombination aus einem Kolben und einer Kammer, worin:

– die Kammer eine längliche Kammer mit einer Längsachse vorgibt,
– die Kammer an einer ersten Längsposition davon eine erste Querschnittsfläche darin und an einer zweiten Längsposition davon eine zweite Querschnittsfläche darin aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche größer als die erste Querschnittsfläche ist, wobei die Änderung im Querschnitt der Kammer wenigstens im Wesentlichen kontinuierlich zwischen der ersten und zweiten Längspositionen erfolgt, der Kolben so ausgestaltet, dass er sich selbst an den Querschnitt der Kammer anpasst, wenn er sich von der ersten zur zweiten Längsposition der Kammer bewegt, der Kolben einen elastisch verformbaren Behälter aufweist, der ein verformbares Material beinhaltet.

Somit können durch Vorsehen eines elastisch verformbaren Behälters, Änderung in der Fläche und/oder Form vorgesehen sein. Natürlich sollte dieser Behälter ausreichend am Kolben befestigt sein, damit er dem Rest des Kolbens folgt, wenn der Kolben sich in der Kammer bewegt.
Das verformbare Material kann ein Fluid oder eine Mischung von Fluiden, etwa wie Wasser, Dampf und/oder Gas oder Schaum sein. Dieses Material oder ein Teil davon kann komprimierbar sein, wie etwa Gas oder eine Mischung aus Wasser und Gas oder es kann wenigstens im Wesentlichen unkomprimierbar sein.
Ändert sich die Querschnittsfläche, kann sich Volumen des Behälters ändern. Somit kann der Behälter im Querschnitt durch die Längsrichtung an der ersten Längsrichtung eine erste Form aufweisen und an der zweiten Längsrichtung eine zweite Form aufweisen, wobei die erste Form sich von der zweiten Form unterscheidet. In einer Situation ist wenigstens ein Teil des verformbaren Materials komprimierbar und die erste Form hat eine Fläche die größer ist als die Fläche der zweiten Form. In jener Situation ändert sich das Gesamtvolumen des Behälters, wobei das Fluid komprimierbar sein sollte. Alternativ oder optional kann der Kolben einen zweiten umschlossenen Raum aufweisen, der in Verbindung steht mit dem verformbaren Behälter, wobei der umschlossene Raum ein variables Volumen aufweist. Auf diese Weise kann jener umschlossene Raum das Fluid aufnehmen, wenn der verformbare Behälter sein Volumen ändert. Das Volumen des zweiten Behälters kann durch einen Bediener variiert werden. Auf diese Weise kann der Gesamtdruck oder der Maximal-/Minimaldruck des Behälters verändert werden. Ebenso kann der umschlossene Raum einen federvorgespannten Kolben beinhalten.
Es kann bevorzugt sein, Mittel für die Vorgabe des Volumens des umschlossenen Raums vorzusehen, so dass ein Druck des Fluids in dem umschlossenen Raum in Bezug steht zu dem Druck des Fluids zwischen dem Kolben und der zweiten Längsposition des Behälters. Auf diese Weise kann der Druck des verformbaren Behälters variiert werden, um eine geeignete Abdichtung zu erreichen.
Eine einfache Weise wäre das Vorgabemittel so ausgelegt, dass es den Druck im umschlossenen Raum wenigstens im Wesentlichen identisch wie den Druck zwischen dem Kolben und der zweiten Längsposition des Behälters vorgibt. In dieser Situation kann ein einfacher Kolben zwischen den zwei Drücken vorgesehen sein (um nichts von dem Fluid in dem verformbaren Behälter zu verlieren).
Tatsächlich kann durch die Verwendung des Kolbens eine Beziehung zwischen den Drücken dadurch vorgegeben werden, dass der umschlossene Raum, in dem sich der Kolben translatorisch bewegt, auf dieselbe Weise wie die Hauptkammer der Kombination verjüngt.
Um sowohl gegenüber der Reibung an der Kammerwand und den Form-/Abmessungsänderungen widerstehen zu können, kann der Behälter ein elastisch verformbares Material aufweisen, das Einspannmittel beinhaltet, wie etwa Faserverstärkung.
Um eine geeignete Abdichtung zwischen dem Behälter und der Kammerwand zu erreichen und beizubehalten, wird es bevorzugt, dass ein Innendruck, wie etwa ein Druck, der von einem Fluid in dem Behälter erzeugt wird, höher als der höchste Druck der umgebenden Atmosphäre während der Translationsbewegung des Kolben aus der ersten Längsposition in die zweite Längsposition oder umgekehrt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Kombination eines Kolbens und einer Kammer, worin:
die Kammer eine längliche Kammer mit einer Längsachse vorgibt,

– die Kammer an einer ersten Längsposition davon eine erste Querschnittsform und Fläche darin und an einer zweiten Längsposition davon eine zweite Querschnittsform und Fläche darin aufweist, wobei die erste Querschnittsform sich von der zweiten Querschnittsform unterscheidet, wobei die Änderung in der Querschnittsform der Kammer wenigstens im Wesentlichen kontinuierlich zwischen der ersten und zweiten Längsposition erfolgt,
– der Kolben so ausgestaltet, dass er sich selbst an den Querschnitt der Kammer anpasst, wenn er sich von der ersten zur zweiten Längsposition der Kammer bewegt,

Dieser sehr interessante Aspekt beruht auf der Tatsache, dass verschiedene Formen, beispielsweise eine geometrische Figur, variierende Beziehungen zwischen deren Umfang und deren Fläche aufweisen. Ebenso kann die Änderung zwischen den Formen in einer kontinuierlichen Weise erfolgen, so dass die Kammer eine Querschnittsform an einer ihrer Längsposition und eine andere an einer zweiten Längsposition aufweisen kann, während die bevorzugten glatten Änderungen der Oberfläche in der Kammer beibehalten werden.
Im vorliegenden Kontext ist die Farm eines Querschnitts dessen Gesamtform – ungeachtet dessen Größe. Zwei Kreise haben die gleiche Form, obwohl einer einen Durchmesser aufweist, der sich von dem des anderen unterscheidet.
Bevorzugt ist die erste Querschnittsfläche wenigstens 5%, bevorzugt wenigstens 10%, wie etwa wenigstens 20%, bevorzugt wenigstens 30%, wie etwa wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 50%, wie etwa wenigstens 60%, bevorzugt wenigstens 70%, wie etwa wenigstens 80, wie etwa wenigstens 90%, größer als die zweite Querschnittsfläche.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Querschnittsform wenigstens im Wesentlichen kreisförmig und dabei ist die Querschnittsform länglich, wie etwa oval, und weist eine erste Abmessung auf, die zumindest das Doppelte, wie zumindest das Dreifache und bevorzugt zumindest das Vierfache einer Abmessung in einem Winkel zur ersten Abmessung aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Querschnittsform wenigstens im Wesentlichen kreisförmig und dabei beinhaltet die zweite Querschnittsform zwei oder mehr wenigstens im Wesentlichen längliche, wie etwa lappenförmige, Teile.
Wenn im Querschnitt an der ersten Längsposition eine erste Umfangslänge der Kammer 80–120%, wie etwa 85–115%, bevorzugt 90–110, wie etwa 95–105, bevorzugt 98–102 % einer zweiten Umfangslänge der Kammer im Querschnitt an der zweiten Längsposition beträgt, ergibt sich eine Anzahl Vorteile. Probleme können beim Versuch auftreten, gegen eine Wand abzudichten, die variierende Abmessungen aufweist, aufgrund der Tatsache, dass das Abdichtungsmaterial sowohl eine ausreichende Abdichtung als auch eine Änderung seiner Abmessungen bereitstellen soll. Falls, wie es die Situation in der bevorzugten Ausführungsform ist, sich der Umfang lediglich in einem kleinen Maße ändert, kann die Abdichtung leichter kontrolliert werden. Bevorzugt sind der erste und zweite Umfang wenigstens im Wesentlichen identisch, so dass das Abdichtungsmaterial lediglich gebogen und nicht um ein signifikantes Maß gestreckt wird.
Alternativ kann erwünscht sein, dass sich der Umfang in sich leicht ändert, wenn ein Abdichtungsmaterial gebogen oder deformiert wird, beispielsweise führt Biegen dazu, dass ein Ende zusammengedrückt wird und ein anderes gedehnt wird. Insgesamt ist es erwünscht, die gewünschte Form mit einem Umfang bereitzustellen, der wenigstens dem nahe kommt, welches das Abdichtungsmaterial automatisch "ausgewählt" haben würde.
Eine Art Kolben, die in dieser Art von Kombination verwendet wird, ist die, die Folgendes aufweist:

– mehrere, wenigstens im Wesentlichen steife Stützelemente, die drehbar an einem gemeinsamen Element befestigt sind,
– elastisch verformbares Mittel, das von den Stützelementen getragen wird, für die Abdichtung gegen eine Innenwand der Kammer.

Eine andere Art Kolben ist der, der einen elastisch verformbaren Behälter aufweist, der ein verformbares Material beinhaltet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kombination aus einem Kolben und einer Kammer, worin:
die Kammer eine längliche Kammer mit einer Längsachse vorgibt,

– die Kammer an einer ersten Längsposition davon eine erste Querschnittsfläche darin und an einer zweiten Längsposition davon eine zweite Querschnittsfläche darin aufweist, wobei die erste Querschnittsfläche größer als die zweite Querschnittsfläche ist, wobei die Änderung in der Querschnittsform der Kammer wenigstens im Wesentlichen kontinuierlich zwischen der ersten und zweiten Längsposition erfolgt, der Kolben Folgendes aufweist:
– ein elastisch verformbares Material, das so ausgestaltet ist, dass es sich selbst an den Querschnitt der Kammer bei Bewegung von der ersten zur zweiten Längsposition der Kammer anpasst, und
– eine gewundene Blattfeder mit einer zentralen Achse wenigstens im Wesentlichen entlang der Längsachse, wobei die Feder angrenzend an das elastisch verformbare Material angeordnet ist, um so das elastisch verformbare Material in Längsrichtung zu halten.

Diese Ausführungsform lost das potenzielle Problem, dass lediglich eine große Masse aus elastischem Material als ein Kolben bereitgestellt wird. Die Tatsache, dass das Material elastisch ist, schafft das Problem der Verformung des Kolbens und, falls der Druck steigt, das Problem einer fehlenden Abdichtung aufgrund der Elastizität des Materials. Dies ist insbesondere problematisch, falls die erforderlichen Abmessungsänderungen groß sind.
Im vorliegenden Aspekt wird das elastische Material durch eine schraubenförmige Blattfeder gehalten. Eine schraubenförmige Feder ist in der Lage, auseinander gezogen und zusammengedrückt zu werden, um der Fläche der Kammer zu folgen, während der flache Aufbau des Materials der Feder sicher stellt, dass die Feder durch Druck nicht deformiert wird.
Um die Einwirkfläche zwischen der Feder und dem verformbaren Material zu vergrößern, kann der Kolben ferner eine Anzahl flacher Stützmittel umfassen, die zwischen dem elastischen Material und der Feder angeordnet sind, wobei die Stützmittel drehbar entlang einer Grenzfläche zwischen der Feder und dem elastisch verformbaren Material sind.
Bevorzugt sind die Stützmittel so ausgelegt, dass sie sich von einer ersten Position in eine zweite Position drehen, wobei in der ersten Position ein äußerer Begrenzung davon in der ersten Querschnittsfläche beinhaltet sein kann und in der zweiten Position ein äußerer Begrenzung davon in der zweiten Querschnittsfläche beinhaltet sein kann.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kombination aus einem Kolben und einer Kammer, worin:
die Kammer eine längliche Kammer mit einer Längsachse vorgibt,

– der Kolben von einer ersten Längsposition in eine zweite Längsposition beweglich ist,
– die Kammer eine elastisch verformbare Innenwand entlang wenigstens eines Teils der inneren Kammerwand zwischen der ersten und zweiten Längsposition aufweist,
– die Kammer an einer ersten Längsposition davon, wenn der Kolben an dieser Stelle positioniert ist, eine erste Querschnittsfläche darin aufweist und an einer zweiten Längsposition davon, wenn der Kolben an dieser Stelle angeordnet ist, eine zweite Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste Querschnittsfläche größer als die zweite Querschnittsfläche ist, die Änderung im Querschnitt der Kammer wenigstens im Wesentlichen kontinuierlich zwischen der ersten und zweiten Längsposition erfolgt, wenn der Kolben zwischen der ersten und zweiten Längsposition bewegt wird.

Somit alternativ zu den Kombinationen, in denen der Kolben sich an die Querschnittsänderungen der Kammer anpasst, betrifft dieser Aspekt eine Kammer, die Anpassfähigkeiten aufweist.
Natürlich kann der Kolben aus einem wenigstens im Wesentlichen nicht komprimierbaren Material hergestellt sein – oder es kann eine Kombination hergestellt werden aus einer sich anpassenden Kammer und einem sich anpassenden Kolben – wie etwa ein Kolben gemäß den zuvor beschriebenen Aspekten.
Bevorzugt hat der Kolben in einem Querschnitt entlang der Längsachse eine Form, die sich in einer Richtung von der ersten zur zweiten Längsposition verjüngt.
Eine bevorzugte Weise der Bereitstellung einer sich anpassenden Kammer ist es, eine Kammer zu haben, die Folgendes aufweist:

– eine äußere Stützstruktur, die die Innenwand umschließt und
– ein Fluid, welches durch den Raum gehalten wird, der durch die äußere Stützstruktur und die Innenwand vorgegeben wird.

Auf jene Weise kann die Wahl des Fluids oder einer Kombination von Fluiden helfen, die Eigenschaften der Kammer, wie etwa die Abdichtung zwischen der Wand und dem Kolben sowie die erforderliche Kraft usw. vorzugeben.
Es ist klar, dass abhängig von dem Standpunkt der Betrachtung der Kombination entweder der Kolben oder die Kammer stationär sein kann und der andere sich bewegt – oder beide sich bewegen können. Dies hat keine Auswirkung auf die Funktion der Kombination.
Natürlich kann die vorliegende Kombination für eine Anzahl von Zwecken verwendet werden, indem sie sich auf eine neue Art und Weise der Bereitstellung einer zusätzlichen Weise des Zuschnitts der Translationsbewegung eines Kolbens auf die erforderliche/aufzuwendende Kraft konzentriert. Tatsächlich kann die Fläche/Form des Querschnitts entlang der Länge der Kammer variiert werden, um die Kombination an spezifische Zwecke und/oder Kräfte anzupassen. Es ist ein Zweck, eine Pumpe für die Verwendung durch Frauen oder Jugendliche bereitzustellen – eine Pumpe, die nichtsdestotrotz in der Lage sein sollte, einen gewissen Druck bereitzustellen. In jener Situation kann eine ergonomisch verbesserte Pumpe bereitgestellt werden, indem die Kraft ermittelt wird, die eine Person an welcher Stelle des Kolben aufzubringen vermag – und dabei eine Kammer mit einer geeigneten Querschnittsfläche/-Form bereitgestellt wird.
Eine andere Verwendung der Kombination wäre für einen Stoßdämpfer, wo die Fläche/Form bestimmen würde, welche Translationsbewegung einen bestimmten Stoß (Kraft) erfordern würde. Ebenso kann ein Betätigungselement vorgesehen sein, wobei die in die Kammer eingebrachte Menge des Fluids dafür sorgt, dass sich die Translationsbewegung des Kolbens in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Kolbens von der vor der Einbringung des Fluids unterscheidet.
Tatsächlich können durch die Art des Kolbens, die relativen Anordnungen der ersten und zweiten Längsposition und der Anordnung beliebiger Ventile, die mit der Kammer verbunden sind, Pumpen, Motoren, Betätigungselemente, Stoßdämpfer usw. mit verschiedenen Druckcharakteristiken und verschiedenen Kraftcharakteristiken bereitgestellt werden.
Falls die Kolbenpumpe eine Handpumpe zum Zwecke des Aufpumpens von Reifen ist, kann sie ein integriertes Verbindungsstück aufweisen, wie solche, die in PCT/DK96/00055 (einschließlich der US „Continuation in Part" vom 18. April 1997), PCT/DK97/00223 und/oder PCT/DK98/00507 offenbart sind. Die Verbindungsstücke können einen integrierten Druckmesser beliebiger Bauart aufweisen. In einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe, die beispielsweise als Standpumpe oder "Autopumpe" für Aufblaszwecke verwendet wird, kann eine Druckmesseranordnung in diese Pumpe integriert sein.
Bestimmte Kolbenarten, wie beispielsweise solche der 4A–F, 7A–E, 7J, 12A–C können mit einer Kammer beliebiger Bauart kombiniert werden.
Die Kombination aus bestimmten mechanischen Kolben, wie beispielsweise diejenige, die in 3A–C gezeigt ist, und aus bestimmten zusammengesetzten Kolben, wie beispielsweise diejenige, die in 6D–F gezeigt ist, und Kammern mit einer konstanten Umfangslänge der konvexen Art, wie beispielsweise diejenige, die in 7L gezeigt ist, kann eine gute Kombination sein.
Die Kombination von zusammengesetzten Kolben, wie beispielsweise solche, die in 9–12 gezeigt sind, können gut mit Kammern der konvexen Art verwendet werden, ungeachtet einer möglichen Änderung der Umfangslänge.
Die Kolben der 'Schirmbauart', die in dieser Anmeldung gezeigt werden, haben ihre geöffnete Seite an der Seite, wo der Druck des Mediums in der Kammer den „Schirm" an der geöffneten Seite belastet. Es kann auch sehr gut möglich sein, dass der „Schirm" umgekehrt arbeitet.
Die aufblasbaren Kolben mit einer Haut aus einer Faserarchitektur, die gezeigt wurde, weist einen Überdruck im Kolben bezogen auf den Druck in der Kammer auf. Es ist jedoch auch möglich, gleichen oder niedrigeren Druck im Kolben statt in der Kammer zu haben – die Fasern sind dann unter Druck statt unter Spannung. Die erhaltene Form kann sich von denen unterscheiden, die in den Figuren gezeigt sind. In jenem Fall kann es erforderlich sein, das beliebig belastungsregulierende Mittel verschieden abzustimmen, und es kann erforderlich sein, die Fasern zu stützen. Das belastungsregulierende Mittel, das beispielsweise in 9D oder 12B gezeigt ist, kann dann so aufgebaut sein, dass die Bewegung des Kolben des Mittels einen Sog im Kolben erzeugt, beispielsweise durch eine Verlängerung der Kolbenstange, so dass die Kolben nun auf der anderen Seite der Löcher in der Kolbenstange sind. Die Änderung in der Form des Kolbens ist dann unterschiedlich und ein Kollabieren kann dann erhalten werden. Dies vermag die Lebensdauer zu reduzieren.
Durch diese Ausführungsformen können zuverlässige und preiswerte Pumpen, die für den Handbetrieb optimiert sind, beispielsweise universelle Fahrradpumpen, die von Frauen und Jugendlichen zu bedienen sind, können erhalten werden. Die Form der Wände der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer (Querschnitt in Längs- und/oder Querrichtung) und/oder des Kolbenmittels der gezeigten Pumpen sind Beispiele und können in Abhängigkeit der Spezifikation hinsichtlich des Pumpenentwurfs geändert werden. Die Erfindung kann mit allen Arten von Pumpen verwendet werden, beispielsweise mit mehrstufigen Kolbenpumpen sowie mit Doppelfunktionspumpen, motorbetriebenen Kolbenpumpen, Pumpen, bei denen sich beispielsweise lediglich die Kammer oder der Kolben bewegt sowie Bauarten, wo sich sowohl die Kammer als auch der Kolben simultan bewegen. Jede Art von Medium kann durch die Kolbenpumpen gepumpt werden. Solche Pumpen können für alle Arten von Anwendungen verwendet werden, beispielsweise in pneumatischen und/oder hydraulischen Anwendungen. Und die Erfindung ist ebenso auf Pumpen übertragbar, die nicht händisch betrieben werden. Die Reduktion der aufzubringenden Kraft bedeutet eine wesentliche Reduktion der Investitionen für die Ausstattung und eine wesentliche Reduktion der Energie beim Betrieb. Die Kammern können beispielsweise durch Spritzformen, aus sich verjüngenden, gesenkgeschmiedeten Röhren usw. hergestellt werden.
Bei einer Kolbenpumpe wird ein Medium in eine Kammer gesaugt, die danach durch eine Ventilanordnung verschlossen werden kann. Das Medium wird durch die Bewegung der Kammer und/oder des Kolben komprimiert und über ein Ventil kann das komprimierte Medium aus der Kammer abgelassen werden. In einem Betätigungselement wird ein Medium durch eine Ventilanordnung in eine Kammer gepresst und der Kolben und/oder die Kammer bewegen sich, lösen die Bewegung einer angebrachten Vorrichtung aus. In Stoßdämpfern kann die Kammer vollständig verschlossen sein, wo in der Kammer ein komprimierbares Medium durch die Bewegung der Kammer und/oder des Kolben komprimiert werden kann. In dem Fall, dass ein nicht komprimierbares Medium sich in der Kammer befindet, kann beispielsweise der Kolben mit einigen kleinen Kanälen versehen sein, die eine Gleitreibung erzeugen, so dass die Bewegung verlangsamt wird.
Des Weiteren kann die Erfindung in Antriebsanwendungen verwendet werden, wo ein Medium dazu verwendet werden kann, einen Kolben und/oder eine Kammer zu bewegen, die sich um eine Achse, wie beispielsweise in einem Motor drehen kann. Die zuvor beschriebenen Kombinationen sind in allen zuvor erwähnten Anwendungen verwendbar.
Somit bezieht sich die Erfindung ebenso auf eine Pumpe zum Pumpen eines Fluids, wobei die Pumpe Folgendes aufweist:

– eine Kombination gemäß einem der zuvor beschriebenen Aspekte,
– Mittel zum Eingriff mit dem Kolben von einer Position außerhalb der Kammer,
– einen Fluideingang, der mit der Kammer verbunden ist und ein Ventilmittel umfasst, und
– ein Fluidausgang der mit der Kammer verbunden ist.

In einer Situation können die Eingriffsmittel eine äußere Position, bei der sich der Kolben in seiner ersten Längsposition und eine innere Position aufweisen, bei der sich der Kolben in seiner zweiten Längsposition befindet. Eine Pumpe dieser Bauart wird bevorzugt, wenn ein mit Druck beaufschlagtes Fluid erwünscht ist.
In einer anderen Situation können die Eingriffsmittel eine äußere Position, bei der sich der Kolben in seiner zweiten Längsposition befindet, und eine innere Position aufweisen, bei der sich der Kolben in seiner ersten Längsposition befindet. Eine Pumpe dieser Bauart wird bevorzugt, wo im Wesentlichen kein Druck erwünscht wird sondern lediglich der Transport des Fluids.
In der Situation, wo die Pumpe ausgelegt ist, auf dem Boden zu stehen und die Kolben/Eingriffsmittel ausgelegt sind, das Fluid, wie Luft, zu komprimieren, indem sie nach unten gedrückt werden, kann die größte Kraft in ergonomischer Hinsicht an der niedrigsten Position des Kolbens/der Eingriffsmittel/des Griffes bereitgestellt werden. Somit in der ersten Situation bedeutet dies, dass der höchste Druck dort erzeugt wird. In der zweiten Situation bedeutet dies lediglich, dass die größte Fläche und damit das größte Volumen an der untersten Position zu erkennen ist. Jedoch aufgrund der Tatsache, dass ein Druck, der beispielsweise den im Reifen übersteigt, erforderlich ist, das Ventil im Reifen zu öffnen, kann die kleinste Querschnittsfläche kurz vor der niedrigsten Position der Eingriffsmittel, damit der resultierende Druck das Ventil öffnet und eine größere Querschnittsfläche erwünscht sein, um mehr Fluid in den Reifen zu pressen (siehe 2B).
Die Erfindung bezieht sich ebenso auf einen Stoßdämpfer, der Folgendes umfasst:

– eine Kombination gemäß einem der Kombinationaspekte,
– Mittel zum Eingriff mit dem Kolben von einer Position außerhalb der Kammer, worin die Eingriffsmittel eine äußere Position, bei der der Kolben in seiner ersten Längsposition ist, und eine innere Position aufweisen, bei der sich der Kolben in seiner zweiten Längsposition befindet.

Der Dämpfer kann ferner einen Fluideingang aufweisen, der mit der Kammer verbunden ist und ein Ventilmittel umfasst.
Der Dämpfer kann ebenso einen Fluidausgang umfassen, der mit der Kammer verbunden ist und ein Ventilmittel beinhaltet.
Es kann bevorzugt sein, dass die Kammer und der Kolben eine wenigstens im Wesentlichen abgedichteten Hohlraum bilden, der ein Fluid umfasst, wobei das Fluid komprimiert wird, wenn der Kolben sich von der ersten in die zweite Längsposition bewegt.
Normalerweise würde der Dämpfer Mittel zum Vorspannen des Kolbens in Richtung der ersten Längsposition aufweisen.
Schließlich betrifft die Erfindung ebenso ein Betätigungselement, welches Folgendes aufweist:

– eine Kombination gemäß einer der Kombinationaspekte,
– Mittel zum Eingriff mit dem Kolben von einer Position außerhalb der Kammer,
– Mittel für das Einbringen des Fluids in die Kammer, um den Kolben zwischen der ersten und zweiten Längsposition zu verschieben.

Das Betätigungselement kann einen Fluideingang aufweisen, der mit der Kammer verbunden ist und ein Ventilmittel beinhaltet.
Ebenso kann ein Fluidausgang, der mit der Kammer verbunden ist und ein Ventilmittel umfasst, vorgesehen sein.
Zusätzlich kann das Betätigungselement Mittel zum Vorspannen des Kolbens in Richtung der ersten oder zweiten Längsposition umfassen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben, worin:
Die Erfindung wird im Detail mittels Diagrammen und Figuren erklärt. Das Folgende ist in den Diagrammen oder Figuren dargestellt – ein transversaler Querschnitt bedeutet ein Querschnitt rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Kolben und/oder der Kammer, wohingegen der Längsschnitt eine solcher in Richtung dieser Bewegungsrichtung ist:
1 zeigt ein sogenanntes Indikatordiagramm einer einstufigen, in einer Richtung wirkenden Kolbenpumpe mit einem Zylinder und einem Kolben mit einem feststehenden Durchmesser.
2A zeigt ein Indikatordiagramm einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe, Teil A zeigt die Option, bei der sich der Kolben bewegt, wohingegen Teil B die Option zeigt, bei der sich die Kammer bewegt.
2B zeigt ein Indikatordiagramm einer erfindungsgemäßen Pumpe, bei der der transversalen Querschnitt von einem bestimmten Punkt des Pumpenhubs durch immer noch zunehmenden Druck wieder zunimmt.
3A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit festen, unterschiedlichen Flächen der Querschnitte in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer und eines Kolbens mit sich radial/axial ändernden Abmessungen während des Hubs – die Kolbenanordnung wird zu Beginn und am Ende des Pumpenhubs gezeigt (erste Ausführungsform).
3B Zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 3A zu Beginn eines Hubs.
3C zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 3A am Ende eines Hubs.
3D zeigt einen Längsschnitt einer Kammer einer erfindungsgemäßen Standpumpe mit solchen Abmessungen, dass die Bedienkraft annähernd konstant bleibt – als Vergleich sind der Zylinder einer existierenden Niederdruck- (punktiert) und Hochdruck-Standpumpe (gestrichelt) gleichzeitig dargestellt.
4A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit festen, unterschiedlichen Flächen der Querschnitte in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer und eines Kolbens mit sich radial/teilweise axial ändernden Abmessungen während des Hubs – die Kolbenanordnung wird zu Beginn und zum Ende des Pumpenhubs dargestellt (zweite Ausführungsform).
4B zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 4A zu Beginn eines Hubs.
4C zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 4A zum Ende eines Hubs.
4D zeigt den Schnitt A-A der 4B.
4E zeigt den Schnitt B-B der 4C.
4F zeigt eine alternative Lösung für den Einspannbereich der 4D.
5A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit festen, unterschiedlichen Flächen der Querschnitte in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer und eines Kolbens mit sich radial-axial ändernden Abmessungen während des Hubs – die Kolbenanordnung wird zu Beginn und zum Ende des Pumpenhubs dargestellt (dritte Ausführungsform).
5B zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 5A zu Beginn eines Hubs.
5C zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 5A am Ende eines Hubs.
5D zeigt den Schnitt C-C der 5A.
5E zeigt den Schnitt D-D der 5A.
5F zeigt die mit Druck zu beaufschlagende Kammer der 5A mit einem Kolbenmittel mit einem Abdichtungsmittel, das aus einem Verbundmaterial hergestellt ist.
5G zeigt eine Vergrößerung des Kolbenmittels der 5F während eines Hubs.
5H zeigt eine Vergrößerung des Kolbenmittels der 5F am Ende eines Hubs, sowohl im Zustand, bei dem er immer noch mit Druck beaufschlagt ist als auch im Zustand, bei dem er nicht mehr mit Druck beaufschlagt ist.
6A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit festen, unterschiedlichen Flächen der Querschnitte in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer und einer vierten Ausführungsform des Kolben mit sich radial-axial ändernden Abmessungen während des Hubs – die Kolbenanordnung wird zu Beginn und am Ende des Pumpenhubs dargestellt.
6B zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 6A zu Beginn eines Hubs.
6C zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 6A am Ende eines Hubs.
6D zeigt die mit Druck zu beaufschlagende Kammer der 6A und einer fünften Ausführungsform des Kolbens mit sich radial-axial ändernden Abmessungen während des Hubs – die Kolbenanordnung wird zu Beginn und am Ende des Pumpenhubs dargestellt.
6E zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 6D zu Beginn eines Hubs.
6F zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 6D am Ende eines Hubs.
7A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe, die einen konkaven Wandabschnitt der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer mit festen Abmessungen aufweist und einer sechsten Ausführungsform eines Kolbens mit sich radial-axial ändernden Abmessungen während eines Pumpenhubs – die Kolbenanordnung wird zu Beginn und am Ende des Pumpenhubs dargestellt.
7B zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 5A zu Beginn eines Hubs.
7C zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 5A am Ende eines Hubs.
7D zeigt den Schnitt E-E der 7B.
7E zeigt den Schnitt F-F der 7C.
7F zeigt Beispiele von Querschnitten in Querrichtung, die mittels Fourier-Reihen-Entwicklung einer mit Druck zu beaufschlagenden Kammer hergestellt wurden, deren Querschnittsfläche in Querrichtung abnimmt, während die Größe in Umfangsrichtung konstant bleibt.
7G zeigt eine Abwandlung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer der 7A, die nun einen Längsschnitt mit festen Querschnitten in Querrichtung aufweist, die so entworfen sind, dass deren Fläche abnimmt, während deren Umfang annähernd konstant bleibt oder in einem kleineren Maße während eines Pumpenhubs abnimmt.
7H zeigt den Querschnitt in Querschnittsrichtung G-G (gepunktete Linien) und H-H des Querschnitts in Längsrichtung der 7G.
7I zeigt den transversalen Querschnitt G-G (gepunktete Linien) und I-I des Querschnitts in Längsrichtung der 7H.
7J zeigt eine Abwandlung des Kolbens der 7B, im Schnitt H-H der 7H.
7K zeigt andere Beispiele von Querschnitten in Querrichtung, die mittels Fourier-Reihen-Entwicklung einer mit Druck zu beaufschlagenden Kammer hergestellt wurden, deren Querschnittsfläche in Querrichtung abnimmt, während die Größe in Umfangsrichtung konstant bleibt.
7L zeigt ein Beispiel einer optimierten, konvexen Form des Querschnitts in Querrichtung unter bestimmten Bedingungen.
7M zeigt ein Beispiel einer optimierten, nicht-konvexen Form des Querschnitts in Querrichtung unter bestimmten Bedingungen.
8A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe, die einen konvexen Wandabschnitt der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer mit festen Abmessungen aufweist und einer siebten Ausführungsform eines Kolbens mit sich radial-axial ändernden Abmessungen während des Hubs – die Kolbenanordnung wird zu Beginn und am Ende des Pumpenhubs dargestellt.
8B zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 5A zu Beginn eines Hubs.
8C zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 5A am Ende eines Hubs.
9A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit festen, unterschiedlichen Flächen der Querschnitte in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer und einer achten Ausführungsform des Kolbens mit sich radial-axial ändernden Abmessungen während des Hubs – die Kolbenanordnung ist zu Beginn und am Ende des Pumpenhubs dargestellt.
9B zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 9A zu Beginn eines Hubs.
9C zeigt eine Vergrößerung der Kolbenanordnung der 9A am Ende eines Hubs.
9D zeigt den Kolben der 9B mit einer unterschiedlichen Abstimmanordnung.
10A zeigt eine neunte Ausführungsform des Kolbens, ähnlich dem der 9A, mit festen, unterschiedlichen Flächen des Querschnitts in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer.
10B zeigt eine Vergrößerung des Kolbens der 10A zu Beginn eines Hubs.
10C zeigt eine Vergrößerung des Kolbens der 10A am Ende eines Hubs.
11A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit festen, unterschiedlichen Flächen der Querschnitte in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer und einer zehnten Ausführungsform des Kolbens mit sich radial-axial ändernden Abmessungen während des Hubs – die Kolbenanordnung ist zu Beginn und am Ende des Pumpenhubs dargestellt.
11B zeigt eine Vergrößerung des Kolbens der 11A zu Beginn eines Hubs.
11C zeigt eine Vergrößerung des Kolbens der 11A am Ende eines Hubs.
12A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit festen, unterschiedlichen Flächen der Querschnitte in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer und einer elften Ausführungsform des Kolbens mit sich radial-axial ändernden Abmessungen während des Hubs – die Kolbenanordnung ist zu Beginn und am Ende des Pumpenhubs dargestellt.
12B zeigt eine Vergrößerung des Kolbens der 12A zu Beginn eines Hubs.
12C zeigt eine Vergrößerung des Kolbens der 12A am Ende eines Hubs.
13A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit variablen, unterschiedlichen Flächen des Querschnitts in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer und eines Kolbens mit festen geometrischen Größen – die Kolbenanordnung ist zu Beginn und am Ende des Pumpenhubs dargestellt.
13B zeigt eine Vergrößerung der Kombinationsanordnung zu Beginn eines Pumpenhubs.
13C zeigt eine Vergrößerung der Kombinationsanordnung während eines Pumpenhubs.
13D zeigt eine Vergrößerung der Kombinationsanordnung am Ende eines Pumpenhubs.
14 zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit variablen, unterschiedlichen Flächen des Querschnitts in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer und eines Kolbens mit variablen geometrischen Größen – die Kolbenanordnung ist zu Beginn und am Ende des Pumpenhubs dargestellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt das sogenannte Indikatordiagramm. Dieses Diagramm zeigt schematisch die adiabatische Beziehung zwischen dem Druck p und dem Pumpenhubvolumen V einer herkömmlichen, einstufigen, in einer Richtung arbeitenden Kolbenpumpe mit einem Zylinder, der einen festen Durchmesser aufweist. Der Zuwachs an Betätigungskraft, die pro Hub aufzubringen ist, kann unmittelbar aus dem Diagramm abgelesen werden und ist quadratisch zum Durchmesser des Zylinders. Der Druck p, und somit die Betätigungskraft F, nimmt während des Hubs normalerweise zu, bis das Ventil des aufzublasenden Körpers sich geöffnet hat.
2A zeigt das Indikatordiagramm einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe. Es zeigt, dass der Verlauf für den Druck p dem der herkömmlichen Pumpen ähnlich ist, aber dass die Betätigungskraft unterschiedlich ist und insgesamt von der gewählten Fläche des Querschnitts in Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer abhängt. Dies hängt vollständig von der Spezifikation ab, beispielsweise dass die Betätigungskraft nicht einen bestimmten Maximalwert übersteigen soll oder dass die Größe der Betätigungskraft gemäß den ergonomischen Anforderungen schwankt. Dies wird insbesondere in dem Fall verlangt, wenn eine händisch betriebene Pumpe lediglich das Medium ohne signifikante Änderung des Druckes transportiert, wie es beispielsweise der Fall ist bei Wasserpumpen. Die Form des Querschnitts in Längsrichtung und/oder Querrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer kann jeglicher Art von Kurve und/oder Linie entsprechen. Es ist auch möglich, dass der transversale Querschnitt beispielsweise durch Druckzunahme zunimmt (2B). Ein Beispiel für die Betätigungskraft ist die gestrichelte dicke Linie 1 oder 2. Die verschiedenen Wandmöglichkeiten, die mit 1 und 2 bezeichnet sind, entsprechen den früher erwähnten Linien 1, 2 des Diagramms. Der A-Abschnitt betrifft eine Pumpe, bei der sich lediglich der Kolben bewegt, wohingegen der B-Abschnitt sich auf Pumpen bezieht, wo sich lediglich die Kammer bewegt. Eine Kombination aus beidem Bewegungen gleichzeitig ist auch möglich.
2B zeigt ein Beispiel eines Indikatordiagramms einer Kolbenpumpe, die eine Kammer mit einem transversalen Querschnitt hat, der mit zunehmendem Druck zunimmt.
3A, B, C, D zeigen Details der ersten Ausführungsform. Der Kolben bewegt sich in der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer, die zylindrische und konusförmige Abschnitte mit kreisförmigen Querschnitten in Querrichtung mit Durchmessern aufweist, die abnehmen, wenn der Druck der gasförmigen und/oder flüssigen Medien zunimmt. Dies basiert auf der Spezifikation, dass die Betätigungskraft nicht einen bestimmten Maximalwert überschreiten sollte. Der Übergang zwischen den diversen Durchmessern erfolgt allmählich ohne diskrete Stufen. Dies bedeutet, dass der Kolben leicht in der Kammer gleiten kann und sich selbst an die ändernden Flächen und/oder Formen der Querschnitte in Querrichtung anpasst ohne Verlust der Abdichtfähigkeiten. Im Fall, dass die Betätigungskraft bei Zunahme des Drucks gesenkt werden soll, nimmt die Querschnittsfläche in Querrichtung des Kolbens ab und damit die Länge des Umfangs ebenso. Die Verringerung der Umfangslänge basiert auf dem Zusammendrücken bis zum Umknickmaß oder auf Entspannung. Der Längsschnitt des Kolbenmittels ist trapezförmig mit variablem Winkel α, der beispielsweise kleiner als 40° ist, zur Wand der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer, so dass sie dieser nicht rückwärts umschlagen kann. Die Abmessungen des Abdichtmittels ändern sich in drei Dimensionen während jedes Hubs. Ein Stützbereich des Kolbenmittels, beispielsweise eine Scheibe oder in das Abdichtmittel integrierte Rippen, die beispielsweise auf der nicht mit Druck beaufschlagten Seite während eines Pumpenhubs angeordnet sind, schützen gegen Verbiegen unter Druck. Ein Einspannbereich des Kolbenmittel, beispielsweise eine Federscheibe mit einigen Segmenten, kenn beispielsweise ebenso auf der mit Druck beaufschlagten Seite des Kolben montiert sein. Diese quetscht den Abdichtabschnitt in Richtung der Wand. Dies ist zweckdienlich, falls die Pumpe für einige Zeit nicht verwendet wurde und das Kolbenmittel für einige Zeit gefaltet wurde. Durch Bewegen der Kolbenstange werden die Seiten des trapezförmigen Querschnitts des Abdichtungsabschnitts des Kolbenmittels in axialer und radialer Richtung gedrückt, so dass die Abdichtkante des Kolbens dem abnehmenden Durchmesser der mit Druck beaufschlagten Kammer folgt. Am Ende des Hubs ist der Boden der Kammer im Zentrum höher geworden, um das Totvolumen zu reduzieren. Die Kolbenstange kann hauptsächlich in der Abdeckung geführt sein, die die mit Druck zu beaufschlagende Kammer verschließt. Da der Kolben in beiden Richtungen seiner Bewegung mit der Wand der Kammer dicht abschließt, beinhaltet die Kolbenstange beispielsweise einen Einlasskanal mit einem mit Federkraft betriebenen Ventil, welches im Falle des Überdrucks in der Kammer verschlossen ist. Wird kein Einspannbereich im Kolbenmittel verwendet, kann dieses separate Ventil überflüssig werden. Beim erfindungsgemäßen Pumpenentwurf sind die Teile der Pumpe hinsichtlich der Betriebskräfte optimiert worden. Der Innendurchmesser der Pumpe über den Hauptteil der Pumpenkammerlänge ist größer als der von existierenden Pumpen. Folglich ist das Einlassvolumen größer, obwohl das Volumen des verbleibenden Teils der Kammer geringer ist als das existierender Pumpen. Dadurch wird sicher gestellt, dass die Pumpe schneller pumpen kann als existierende Pumpen, wobei hingegen die maximal erforderliche Betätigungskraft signifikant reduziert ist und geringer als das Maß ausfällt, von dem Konsument berichten, dass es komfortabel sei. Die Länge der Kammer kann reduziert werden, so dass die Pumpe praktisch in der Anwendung ist, sogar für Frauen und Jugendliche. Das Volumen eines Hubes ist immer noch größer als das von existierenden Pumpen.
3A zeigt eine Kolbenpumpe mit einer mit Druck zu beaufschlagenden Kammer 1 mit Abschnitten unterschiedlicher Fläche ihrer Querschnitte in Querrichtung der Wandabschnitte 2, 3, 4 und 5. Die Kolbenstange 6. Die Kappe 7 stoppt das Kolbenmittel und führt die Kolbenstange 6. Die Übergänge 16, 17 und 18 zwischen dem Abschnitt mit den Wänden 2, 3, 4 und 5. Die zentrale Längsachse 19 der Kammer 1. Der Kolben 20 zu Beginn und 20' am Ende des Pumpenhubs.
3B zeigt den Abdichtabschnitt 8, der aus einem elastischen Material hergestellt ist, und den Einspannbereich 9, beispielsweise eine Federscheibe mit Segmenten 9.1, 9.2 und 9.3 (die anderen Segmente sind nicht gezeigt) und ein Stützabschnitt 10 des Kolbenmittels, das an der Kolbenstange 6 zwischen zwei Abschnitten des Verriegelungsmittels 11 angebracht ist. Die Kolbenstange 6 hat einen Einlass 12 und ein Ventil 13. Der Winkel α₁ zwischen dem Abdichtabschnitt 8 des Kolbenmittels und der Wand 2 der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer 1. Die Abdichtkante 37. Der Abstand a ist der Abstand von der Abdichtkante 37 zur zentralen Achse der Kammer 1 in einem transversalen Querschnitt zu Beginn des Hubs.
3C zeigt einen Auslasskanal 14 in einem Mittel 15, welches das Totvolumen reduziert.
Der Winkel α₂ zwischen dem Abdichtabschnitt 8' des Kolbenmittels und der Wand 5 der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer 1. Der Abstand a' ist der Abstand von der Abdichtkante 37 zur zentralen Achse der Kammer 1 in einem transversalen Querschnitt am Ende des Hubs. Es wird gezeigt, dass der Abstand a' annähernd 41 % des Abstands a beträgt. Der Einspannbereich 9'.
3D zeigt den Längsschnitt der Kammer einer erfindungsgemäßen Standpumpe (ø_inside, 60–19,3 mm, Länge 500 mm) deren Querschnitte in Querrichtung so gewählt sind, dass die Betätigungskraft annähernd konstant bleibt und diese ist gemäß ergonomischer Anforderungen ausgewählt: beispielsweise wie in der Figur: zu 277 N. Andere Kraftgrößen können ebenso gewählt werden. Dies soll lediglich als Ausgangspunkt für die Quantifizierung einer erfindungsgemäßen Standpumpe dienen, da eine konstante Betätigungskraft in ergonomischer Hinsicht nicht korrekt sein kann. Zum Vergleich ist der Querschnitt einer existierenden Niederdruck-Standpumpe (ø_inside 32 mm, Länge 470 mm) in gepunkteten Linien gezeigt, und der einer existierenden Hochdruck-Standpumpe (ø_inside 27 mm, Länge 550 mm) ist in gestrichelten Linien gezeigt. Es wird deutlich dargestellt, dass die erfindungsgemäße Standpumpe sowohl ein größeres Hubvolumen, wodurch Reifen schneller aufgeblasen werden, als auch eine niedrigere Betätigungskraft als existierende Pumpen aufweist. Die erfindungsgemäße Kammer kann entsprechend den ergonomischen Anforderungen während des gesamten Hubs maßgeschneidert werden.
Die 4A, B, C, D, E, F zeigen Details der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Der Abdichtabschnitt des Kolbenmittels ist aus einem elastisch verformbaren Material hergestellt, welches durch ein Stützmittel gehalten wird, was sich um eine Achse, die parallel zur zentralen Achse der Kammer verläuft, drehen kann. Die Folge dieser Bewegung ist, dass es eine größere Fläche des Abdichtmittels abstützt, je höher der Druck in der Kammer ist. Der Einspannbereich für den Stützabschnitt löst die Bewegung des Stützmittels aus. Der Einspannbereich in der Form einer flach gestalteten Feder kann seine Abmessungen in einer Richtung ändern, die rechtwinklig zur zentralen Linie der Kammer verläuft. Die Feder wird steifer und steifer, je höher der Druck in der Kammer ist. Es kann auch eine Feder auf der Achse sein, auf der sich das Stützmittel dreht. Durch Verringerung des Durchmessers des Abdichtabschnitts, nimmt deren Länge zu. Dies ist der Fall mit einem elastisch verformbaren Material, das lediglich ein bisschen zusammendrückbar ist, wie zum Beispiel Gummi. Daher ragt die Kolbenstange aus diesem Abdichtmittel zu Beginn eines Hubs heraus. Falls anderes Material für den Abdichtabschnitt gewählt wird, kann dessen Länge unverändert bleiben oder kann durch Verringerung von dessen Durchmesser kleiner werden.
4A zeigt eine Kolbenpumpe mit einer mit Druck zu beaufschlagenden Kammer 21 mit Abschnitten, die unterschiedliche Querschnittsflächen in Querrichtung aufweisen. Die Kammer hat Kühlrippen 22 auf der Hochdruckseite. Die Kammer kann im (Spitz- )Gussverfahren hergestellt sein. Die Kolbenstange 23. Die Kappe 24 führt die genannte Kolbenstange. Der Kolben 36 am Anfang und 36' am Ende des Pumpenhubs.
4B zeigt den elastisch verformbaren Abdichtabschnitt 25, der an der Kolbenstange 23 durch das Mittel 26 (nicht gezeichnet) befestigt ist. Ein Teil 27 der Kolbenstange 23 ragt aus dem Abdichtabschnitt 25 heraus. Der Stützabschnitt 28 ist am Ring 29 eingehangen, der an der Kolbenstange 23 befestigt ist. Der Stützabschnitt 28 kann sich um die Achse 30 drehen. Der Einspannbereich 31 umfasst eine Feder, die in einem Loch 32 an der Kolbenstange 23 befestigt ist. Die Abdichtkante 38.
4C zeigt, dass der Teil 27 der Kolbenstange 23 nahezu durch das elastisch verformte Abdichtmittel 25' bedeckt ist, dessen Länge nun zugenommen hat und dessen Durchmesser abgenommen hat. Die Abdichtkante 38'. Der Abstand a' zwischen der Abdichtkante 38 und der zentralen Achse 19 der Kammer beträgt annähernd 40% des Abstands a in dem gezeigten transversalen Querschnitt.
4D zeigt den Schnitt A-A der 4B. Der Einspannbereich 31 ist an einem Ende in dem Loch 32 der Kolbenstange 23 befestigt. Der Stützabschnitt 28 und der Ring 29. Der Stützabschnitt wird durch die Anschlagsfläche 33 (nicht dargestellt) gestoppt. Der Stützabschnitt 28 wird durch das Führungsmittel 34 (nicht dargestellt) geführt.
4E zeigt den Schnitt B-B der 4C. Das Stützmittel 28 und das Einspannmittel 31 haben sich in Richtung der Kolbenstange 23 bewegt. Die Rippe 22.
4F zeigt eine Alternative zum Einspannmittel 31. Es weist Federn 35 an jeder Achse 30 auf.
Die 5A, B, C, D, E, F, G, H zeigen Details der dritten Ausführungsform. Es ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsform. Der Abdichtabschnitt weist eine flexible, für gasförmige und/oder flüssige Medien undurchlässige Membran auf. Dieses Material kann seine Abmessungen in drei Richtungen ohne Faltenbildung ändern. Dieser Abdichtabschnitt ist an einem O-Ring befestigt, welcher zur Wand der Kammer abdichtet. Der O-Ring wird durch das Einspannmittel, beispielsweise eine Feder in der Umfangsrichtung gegen die Wand gespannt. Der O-Ring und die Feder werden ferner durch ein Stützmittel gehalten, dass sich um eine Achse drehen kann, die an der Kolbenstange befestigt ist. Dieses Stützmittel kann durch eine Feder eingespannt sein.
5A zeigt einen Längsschnitt einer Kolbenpumpe, die zu der aus 3A analog ist. Der Kolben 49 zu Begin und 49' am Ende des Pumpenhubs.
5B zeigt ein Kolbenmittel zu Beginn eines Hubs, welches ein Abdichtmittel 40 aufweist: zum Beispiel eine gespannte Haut, die an einem Abdichtmittel 41: beispielsweise einem O-Ring, befestigt ist. Dieser O-Ring wird durch eine Feder 42 eingespannt, die am Umfang des Abdichtmittels 41 und des Abdichtmittels 40 angeordnet ist. Die zentrale Achse 39 der Feder 42. Der O-Ring 41 und/oder die Feder 42 werden durch das Stützmittel 43 gestützt, das sich um die Achse 44 drehen kann, die an der Kolbenstange 45 angebracht ist und rechtwinklig zur zentralen Achse 19 angeordnet ist. Es weist eine gewisse Anzahl separater Elemente 43' auf, die eingespannt zusammengedrückt werden während des (der Kompression) Pumpenhubs. Diese sind um den Umfang der Abdichtmittel 40, 41 und des Einspannmittels 42 angeordnet, die sie tragen. Das Stützmittel 43 kann durch eine Feder 46 eingespannt werden. De Winkel β₁ zwischen der Wand der Kammer 2 und dem Stützmittel 43. Der Kolbenstange 45 fehlt ein Einlass oder Ventil. Ein Stützring und/oder ein Einspannring in der Form einer Feder können in dem O-Ring als eine Alternative für die Feder 42 (nicht dargestellt) montiert sein. Die Abdichtkante 48.
5C zeigt das Kolbenmittel am Ende des Hubs. Das Abdichtmittel 40', 41' ist dicker als zu Beginn eines Hubs: 40, 41. Die Feder 46'. Der Winkel β₂ zwischen der Wand 5 und dem Stützmittel 43 am Ende eines Hubs. Der Abstand a' zwischen der Abdichtkante 48 und der zentralen Achse 19 der Kammer beträgt annähernd 22% des Abstands a zu Beginn des Hubs in dem gezeigten Querschnitt. Kleinere Abstände, beispielsweise 15%, 10% oder 5% sind möglich und hängen lediglich von der Konstruktion der Aufhängung des Kolbens und von der Kolbenstange ab. Dies gilt daher ebenso für alle anderen Ausführungsformen.
5D zeigt den Schnitt C-C der 5A mit Stützmittel 43, Achse 44 und Träger 47.
5E zeigt den Schnitt D-D aus 5A.
5F zeigt die zwei Positionen des Kolbens 118 der 5G und 118' der 5H in einer Kammer.
5G zeigt einen Kolben, der aus einem Verbund von Materialien hergestellt ist. Er weist eine Haut 110 aus elastischem, undurchlässigen Material und Fasern 111 auf. Die Faserarchitektur führt zu einer Kuppelform, wenn sie unter Innendruck steht. Diese Form stabilisiert die Kolbenbewegung. Als eine Alternative kann das Abdichtmittel eine Einlage, Fasern und eine Abdeckung aufweisen (nicht dargestellt). Falls die Einlage nicht dicht ist, kann eine undurchlässige Haut ergänzt werden (nicht dargestellt). Alle Materialien auf der Kompressionsseite des Kolbens erfüllen die spezifischen Umgebungsanforderungen der Kammer. Die Haut ist in einem Abdichtabschnitt 112 angebracht. Innerhalb der Haut und dem Abdichtabschnitt kann ein federnder Ring 113 montiert sein, der sich elastisch in seiner Ebene verformen kann, und der das Einspannen des Rings 114 verstärkt. Die Abdichtkante 117.
5H zeigt den Kolben der 5G am Ende eines Pumpenhubs. Die Kuppel wurde in die Form 115 zusammengedrückt, sofern dort immer noch voller Überdruck vorliegt. Die Form 110' ergibt sich, falls der Überdruck abgebaut wurde, beispielsweise nachdem das Medium abgelassen wurde.
Die 6A, B, C zeigen Details der vierten Ausführungsform. Das Kolbenmittel weist eine Gummiröhre auf, die eine Verstärkung, beispielsweise in der Form eines textilen Garns oder einer umwickelten Kordel, aufweist. Der neutrale Winkel zwischen der Tangente der Verstärkungsumwicklung und der Zentrumslinie des Schlauchs (= so genannter Faserwinkel) beträgt gemäß mathematischer Berechnung 54°44'. Ein Schlauch unter Innendruck wird seine Abmessungen (Länge, Durchmesser) nicht ändern, vorausgesetzt es kommt nicht zur Verlängerung der Verstärkung. In dieser Ausführungsform nimmt der Durchmesser des Kolbenmittels im Verhältnis zum abnehmenden Durchmesser des Querschnitts der Kammer bei zunehmenden Drücken ab. Der Faserwinkel sollte weiter als neutral sein. Die Form des Hauptteils des Querschnitts in Längsrichtung der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer ist annähernd ein Konus aufgrund des Verhaltens des Kolbenmittels. Am Ende des Pumpenhubs, wenn das komprimierte Medium aus der Kammer entfernt wurde, nimmt der Durchmesser des Kolbenmittels zu und seine Länge ab. Der Durchmesserzuwachs stellt kein praktisches Problem dar. Die Abdichtkraft vom Kolben auf die Wand der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer sollte mit steigendem Druck zunehmen. Dies kann beispielsweise durch die Wahl des Faserwinkels erfolgen, so dass der Kolbendurchmesser etwas weniger abnimmt, als der Durchmesser des Querschnitts in Querrichtung der Kammer abnimmt. Folglich kann der Faserwinkel so ausgewählt werden, dass er kleiner als in Neutralstellung ist und/oder der Neutralstellung entspricht. Es ist sogar möglich, dass der Faserwinkel sich von Stelle zu Stelle im Kolben ändert. Eine andere Möglichkeit ist die, dass im selben Querschnitt des Kolbens einige Verstärkungsschichten mit identischen und/oder unterschiedlichen Faserwinkeln vorhanden sind. Jegliche Art von Verstärkungsmaterial und/oder Verstärkungsmuster können verwendet werden. Der Ort der Verstärkungsschichten) kann irgendwo im Längsschnitt des Kolbens sein. Die Menge der Einlagen und/oder Kappen kann mehr als eine sein. Es ist auch möglich, dass keine Abdeckung vorhanden ist. Das Kolbenmittel kann auch Einspann- und Stützmittel aufweisen, zum Beispiel die, die zuvor gezeigt wurden. Um in der Lage zu sein, sich auf größere Änderungen der Flächen der Querschnitte der Kammer anpassen zu können, ist ein etwas anderer Aufbau des Kolbenmittels notwendig. Der Konus weist nun Fasern auf, die unter Spannung stehen. Diese sind in der Spitze des Konus in der Nähe der Kolbenstange und an der offenen Seite des Konus am Boden der Kolbenstange zusammengewickelt. Diese können auch an der Kolbenstange selber befestigt sein. Das Muster der Fasern kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass sie unter höherer Spannung stehen, je höher der Druck in der Kammer der Pumpe ausfällt, wo das Medium zu komprimieren ist. Andere Muster sind natürlich je nach Spezifikation möglich. Sie verformen die Haut des Konus, so dass sie sich selbst an den Querschnitt der Kammer anpasst. Die Fasern können lose auf der Einlage aufliegen oder lose in Kanälen zwischen einer Einlage und einer Abdeckung liegen oder sie können in eins der beiden integriert sein. Es ist notwendig ein Einspannmittel vorzusehen, um eine geeignete Abdichtung zur Wand zu erreichen, falls noch kein Druck unter dem Konus vorhanden ist. Das Einspannmittel, zum Beispiel ein Element mit Federwirkung in der Form eines Rings, einer Platte usw. kann in die Haut eingebaut sein, beispielsweise durch Einsetzen in einem Gussformverfahren. Die Aufhängung des Konus an der Kolbenstange ist besser als bei den vorhergehenden Ausführungsformen, da nun der Kolben unter Spannung gesetzt ist. Dies befindet sich daher mehr im Gleichgewicht und weniger Material wird benötigt. Die Haut und die Abdeckung des Kolben kann aus elastisch verformbaren Material hergestellt sein, welches die spezifischen Umgebungsbedingungen erfüllt, wohingegen die Fasern elastisch oder steif sein können und aus einem geeigneten Material hergestellt sind.
6A zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit Kammer 60. Die Wandabschnitte 61, 62, 63, 64, 65 sind sowohl zylindrisch 61, 65 als auch konusförmig 62, 63, 64. Die Übergänge 66, 67, 68, 69 zwischen den genannten Abschnitten. Der Kolben 59 zu Beginn und 59' am Ende des Pumpenhubs.
6B zeigt Kolbenmittel 50, ein Schlauch mit einer Verstärkung 51. Der Schlauch ist an der Kolbenstange 6 durch eine Klammer 52 oder Ähnliches befestigt. Der Kolben 6 hat Rippen 56 und 57. Rippen 56 verhindern die Bewegung des Kolbenmittels 50 relativ zur Kolbenstange 6 in Richtung der Kappe 7, während die Rippen 57 die Bewegung des Kolbenmittels 50 relativ zur Kolbenstange 6 weg von der Kappe 7 verhindern. Andere Ausgestaltungen der Passung können möglich sein (nicht dargestellt). Auf der Außenseite des Schlauchs dichtet ein Vorsprung 53 mit der Wand 61 der Kammer 60 ab. Neben der Verstärkung 51 umfasst der Schlauch eine Einlage 55. Als Beispiel ist auch die Abdeckung 54 gezeigt. Die Form des Querschnitts in Längsrichtung des Kolbenmittels ist ein Beispiel. Die Abdichtkante 58.
6C zeigt das Kolbenmittel am Ende des Hubs, wo das gasförmige und/oder flüssige Medium unter Druck steht. Das Kolbenmittel kann in einer solchen Weise ausgelegt sein, dass die Durchmesseränderung lediglich als eine radiale Änderung erfolgt (nicht dargestellt).
6D zeigt den Kolben 189 der 6E und 189' der 6F zu Beginn beziehungsweise am Ende eines Pumpenhubs in einer Kammer der 6A.
6E zeigt ein Kolbenmittel, welches annähernd die allgemeine Form eines Konus mit dem Winkel 2ε₁ der Spitze. Es ist der Zustand gezeigt, bei dem kein Überdruck an der Seite der Kammer vorhanden ist. In seiner Spitze ist es an einer Kolbenstange 180 angebracht. Der Konus ist an der mit Druck zu beaufschlagenden Seite des Kolbens offen. Die Abdeckung 181 weist einen Abdichtabschnitt auf, der als ein Vorsprung 182 mit einer Abdichtkante 188 und einem eingesetzten Element mit Federwirkung 183, Fasern 184 als Stützmittel und einer Einlage 185 gezeigt ist. Das Element 183 sorgt für eine Einspannung der Abdeckung, so dass der genannte Vorsprung 182 mit der Wand der Kammer abdichtet, falls kein Überdruck an der Seite der Kammer vorhanden ist. Die Fasern 184 können in Kanälen 186 liegen, und diese sind, wie gezeigt, zwischen der Abdeckung 181 und der Einlage 185 angeordnet. Die Einlage 185 kann undurchlässig sein – falls nicht, ist eine separate Schicht 209 (nicht dargestellt) auf der mit Druck zu beaufschlagenden Seite auf der Einlage 185 angebracht. Die Fasern sind in der Spitze 187 des Konus an der Kolbenstange 180 und/oder aneinander befestigt. Gleiches ist der Fall am Bodenende der Kolbenstange 180.
6F zeigt das Kolbenmittel am Ende eines Hubs. Der Winkel in der Spitze beträgt nun 2ε₂ und der Abstand a' zwischen der Abdichtkante 188 und der zentralen Achse 19 der Kammer beträgt nun annähernd 44% des Abstands a zu Beginn des Hubs in dem gezeigten Querschnitt.
Die 7A, B, C, D, E zeigen Details der fünften Ausführungsform der Pumpe mit einem Kolben, der als eine weitere Verbundstruktur aufgebaut ist, welche ein Grundmaterial aufweist, das in allen drei Dimensionen mit einem sehr hohen Relaxationsgrad sehr elastisch ist. Falls es nicht selber dicht ist, kann es beispielsweise mit einer flexiblen Membran auf der mit Druck zu beaufschlagenden Seite des Kolbenmittels dicht gemacht werden. Die axiale Steife wird durch mehrere integrierte Versteifungen erreicht, die in einem transversalen Querschnitt in einem Muster angeordnet liegen, welches in optimaler Weise diesen Abschnitt ausfüllt, wobei der Zwischenabstand verringert ist, je kleiner der Durchmesser des Querschnitts in Querrichtung ist, was in den meisten Fällen bedeutet je höher der Druck in der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer ist. In dem Längsschnitt des Kolbens liegen die Versteifungen in diversen Winkeln zwischen einer Axialrichtung und der Richtung der Oberfläche des Kolbenmittels. Je höher die Druckraten sind, je kleiner werden diese Winkel und nähern sich der Axialrichtung an. Nun werden aus diesem Grund die Kräfte auf das Stützmittel, beispielsweise eine Unterlegscheibe, übertragen, das mit der Kolbenstange verbunden ist. Das Kolbenmittel kann n Großserie hergestellt werden und ist preiswert. Die Versteifungen und bei Bedarf das Abdichtmittel in der Form der genannten flexiblen Membran kann zusammen mit dem genannten Grundmaterial in einem Arbeitsgang zusammen spritzgussgeformt werden. Beispielsweise können die Versteifungen in der Spitze zusammen verbunden sein, was die Handhabung erleichtert. Es kann auch möglich sein, die Membran dadurch herzustellen, dass sie in das genannte Grundmaterial während oder nach der Spritzgussformung „eingebrannt" wird. Dies ist insbesondere bequem, falls das Grundmaterial ein Thermoplast ist. Die Gelenke sollten dann nicht „gebrannt" werden.
Die 7F, G, H, I, J, K, L, M zeigen Ausführungsformen der Kammer und eine sechste Ausführungsform des Kolbens, der in diese Kammer passt. Die sechste Ausführungsform des Kolbens ist eine Abwandlung derjenigen, die in den 7A, B, C, D, E gezeigt ist. Falls die Änderung der Fläche des transversalen Querschnitts des Kolbens und/oder der Kammer zwischen zwei Positionen in der Bewegungsrichtung kontinuierlich ist aber immer noch so groß ist, dass dies zu Undichtigkeiten führt, ist es von Vorteil, die Änderung der anderen Parameter des Querschnitts zu minimieren. Dies kann beispielsweise anhand der Verwendung eines kreisförmigen Querschnitts (feste Form) veranschaulicht werden: der Umfang eines Kreises beträgt πD, wohingegen die Fläche eines Kreises ¼ π D² (D = Durchmesser des Kreises). Das heißt eine Verringerung von D führt lediglich zu einer linearen Abnahme des Umfangs und zu einer quadratischen Abnahme der Fläche. Es ist sogar möglich, den Umfang beizubehalten und lediglich die Fläche zu verringern. Falls auch die Form fest ist, beispielsweise die eines Kreises, gibt e seine bestimmte minimale Fläche. Fortgeschrittene numerische Berechnungen, bei denen die Form ein Parameter ist können unter Verwendung der nachfolgend erwähnten Fourier-Reihen-Entwicklungen durchgeführt werden. Der transversale Querschnitt der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer und/oder des Kolben kann eine beliebige Form aufweisen, und diese kann durch wenigstens eine Kurve vorgegeben werden. Die Kurve ist geschlossen und kann annähernd durch zwei einzigartige modulate parametrische Fourier-Reihen-Entwicklungen vorgegeben sein, eine für jede Koordinatenfunktion:

c_p

= Cosinus-gewichtete Mittelwerte von f(x),

d_p

= sinus-gewichtete Mittelwerte von f(x),

p

= gibt den Grad der trigonometrischen Genauigkeit an

Die 7F, 7K zeigen Beispiele der genannten Kurven bei Verwendung eines Satzes unterschiedlicher Parameter in den folgenden Formeln. In diesen Beispielen sind lediglich zwei Parameter verwendet worden. Falls mehr Koeffizienten verwendet werden, ist es möglich optimierte Kurven zu finden, die andere wichtige Anforderungen erfüllen, wie beispielsweise gekrümmte Übergänge deren Kurven einen bestimmten maximalen Radius und/oder ein Maximum in der Spannung im Abdichtabschnitt aufwesen, die unter gegebenen Voraussetzungen nicht ein bestimmtes Maximum überschreiten soll. Als ein Beispiel: die 7L, 7M zeigen optimierte konvexe Kurven und nicht-konvexe Kurven, die für mögliche Verformungen eines begrenzten Gebiets in einer Ebene unter der Einschränkung zu verwenden sind, dass die Länge des Begrenzungskurve feststeht, und deren numerische Krümmung ist minimiert. Durch Verwendung einer Startfläche und einer Ausgangs-Begrenzungslänge ist es möglich, für eine gewisse gewünschte Zielfläche auf eine kleinste mögliche Krümmung zu zählen.
Die Kolben, der in einem Längsschnitt der Kammer gezeigt ist, wurde hauptsächlich für den Fall ausgewählt, dass die Begrenzungskurve des transversalen Querschnitts kreisförmig ist. Das heißt: in dem Fall, dass die Kammer transversale Querschnitte gemäß beispielsweise solchen nicht-kreisförmigen der 7F, 7K, 7L, 7M kann die Form des Längsschnitts der Kolben unterschiedlich sein.
Alle Arten geschlossener Kurven können mit dieser Formel beschrieben werden, zum Beispiel eine C-Kurve (siehe PCT/DK97/00223, 1A). Eine Charakteristik dieser Kurven ist die, dass, wenn eine Linie von dem mathematischen Pol, der in der Schnittebene liegt, gezogen wird, diese die Kurve wenigstens einmal schneidet. Die Kurven sind symmetrisch bezüglich einer Linie in der Schnittebene, und könnten auch durch eine einzelne Fourier-Reihen-Entwicklung erzeugt worden sein, die folgt. Ein Kolben oder eine Kammer wird leichter herzustellen sein, wenn die Kurve des transversalen Querschnitts symmetrisch bezogen auf eine Linie ist, die in der Schnittebene durch den mathematischen Pol liegt. Solche regelmäßigen Kurven können annähernd durch eine einfache Fourier-Reihen-Entwicklung vorgegeben werden:

c_p

= gewichtete Mittelwerte von f(x),

p

= gibt den Grad der trigonometrischen Genauigkeit an.

Wird eine Linie vom mathematischen Pol gezogen, wird sie die Kurve lediglich einmal schneiden.
Spezifische geformte Sektoren des Querschnitts der Kammer und/oder der Kolben können annähernd durch die folgende Formel angegeben werden:

c_p: = gewichtete Mittelwerte von f(x),
p: = gibt den Grad der trigonometrischen Genauigkeit an

₀

r: = die Grenze der "Blätter" im kreisförmigen Querschnitt des Aktivierungsstifts ist,
r₀: = der Radius des kreisförmigen Querschnitts um die Achse des Aktivierungsstifts ist,
a: = der Skalierfakfor für die Länge der "Blätter" ist,
r_max: = r₀ + a
m: = der Parameter für die Vorgabe der „Blatt"-Breite
n: = der Parameter für die Vorgabe der Anzahl der "Blätter"
φ: = der Winkel, der die Kurve begrenzt.

Der Einlass ist aufgrund der Natur des Abdichtabschnitts des Kolbenmittels in der Nähe des Endes des Hubs angeordnet.
Diese spezifischen Kammern können im Spritzgussverfahren hergestellt werden und beispielsweise auch durch so genannte superplastische Umformungsverfahren, wobei Aluminiumfolien erwärmt werden und durch Luftdruck gepresst werden entweder in einen Werkzeughohlraum gepresst werden oder durch eine Werkzeugbewegung geformt werden.
7A zeigt eine Kolbenpumpe mit einer mit Druck zu beaufschlagenden Kammer 70 im Längsschnitt mit einem zylindrischen Abschnitt 71, einem Übergang 72 in einen kontinuierlichen, konkav gekrümmten Abschnitt 73, einem weiteren Übergang 74 in einen nahezu zylindrischen Abschnitt 75. Das Kolbenmittel 76 und 76' ist zu Beginn beziehungsweise am Ende des Pumpenhubs dargestellt. Am Ende des Auslasskanals 77 kann ein Rückschlagventil 78 angebracht sein (nicht dargestellt).
7B zeigt das Kolbenmittel 76, welches ein elastisches Material 79 aufweist, das dem Längsschnitt des Kolbens bei geringem Druck annähernd der Form eines Konus verleiht. Das Material 79 wirkt ebenso als ein Einspannmittel. Der Boden weist ein Abdichtmittel 80 auf, das radial gefaltet werden kann – dieses Abdichtmittel 80 fungiert teilweise auch als ein Einspannmittel. Das Hauptstützmittel umfasst Versteifungen 81 und 82, von denen die Versteifung 81 hauptsächlich die Abdichtkante 83 des Kolbenmittels an die Wand der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer 70 abstützt, wohingegen die andere Versteifung 82 die Last vom Abdichtmittel 80 und dem Grundmaterial 79 auf das Stützmittel 84, zum Beispiel eine Unterlegscheibe, die selber von der Kolbenstange 6 gehalten wird, überträgt. Das Abdichtmittel 80 ist in dieser Position des Kolbenmittels 76 immer noch ein wenig gefaltet, so dass die Falte 85 die Abdichtkante 83 umso mehr einspannen wird, je größer der Druck in der Kammer 70 sein wird. Die Versteifungen 82 sind in der Spitze durch die Verbindung 86 miteinander verbunden. In dieser Position des Kolbenmittels 70 weisen die Versteifungen 81 und 82 Winkel zwischen γ und δ zu zentralen Achse 19 auf, wobei δ annähernd parallel mit der zentralen Achse 19 der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer 70 ist. Der Winkel φ₁ zwischen der Oberfläche des Kolben 76 und der zentralen Achse 19.
7C zeigt das Kolbenmittel 76' am Ende des Pumpenhubs. Das Abdichtmittel 80 wurde zusammengefaltet, wohingegen das elastische Material 79 zugedrückt wurde, was dazu führt, dass die Versteifungen 81, 82 annähernd parallel mit der zentralen Achse 19 ausgerichtet wurden. Der Winkel φ₂ zwischen der Oberfläche des Kolbenmittels 76' und der zentralen Achse 19 ist positiv, aber nahezu null. Der Abstand a' zwischen der Abdichtkante 83 und der zentralen Achse 19 in dem gezeigten Querschnitt beträgt 39% des Abstands a zu Beginn des Hubs. Das Abdichtmittel 80'.
7D zeigt einen transversalen Querschnitt E-E des Kolbenmittels 76, welcher das elastische Grundmaterial 79, die Versteifungen 81 und 82, die Falten 87 des Abdichtmittels 80 darstellt. Die Kolbenstange 6.
7E zeigt einen transversalen Querschnitt F-F des Kolbenmittels 76', welcher das elastische Grundmaterial 79, die Versteifungen 81 und 82, die Falten 87 des Abdichtmittels 80 darstellt. Deutlich ist dargestellt, dass das elastische Material 79 zusammen gequetscht ist.
7F zeigt eine Serie transversaler Querschnitte einer Kammer, bei der die Fläche in bestimmten Stufen abnimmt, wohingegen der Umfang konstant bleibt – diese sind durch zwei einzigartige, modulare, parametrische Fourier-Reihen-Entwicklungen vorgegeben, eine für jede Koordinatenfunktion. Oben links ist der Querschnitt dargestellt, der der Ausgangsquerschnitt der genannten Reihe ist. Der verwendete Parametersatz ist unter den Figuren angegeben. Diese Reihe zeigt abnehmende Flächen des transversalen Querschnitts. Die fettgedruckten Zahlen in den Figuren gibt die abnehmenden Querschnittsflächen der verschiedenen Formen an, mit der einen in der linken oberen Ecke als die Ausgangsflächengröße. Die Fläche der Form des Querschnitts unten rechts beträgt annähernd 28% von der oben links.
7G zeigt einen Längsschnitt der Kammer 162, deren transversale Querschnittsfläche sich ändert bei verbleibendem Umfang entlang der zentralen Achse. Der Kolben 163. Die Kammer weist Abschnitt mit verschiedenen Querschnittsflächen ihres transversalen Querschnitts der Wandabschnitte 155, 156, 157, 158 auf. Die Übergänge 159, 160, 161 zwischen diesen Wandabschnitten. Dargestellt sind die Querschnitte G-G, H-H und I-I. Der Querschnitt G-G hat einen kreisrunden Querschnitt, wohingegen der Querschnitt H-H 152 annähernd eine Fläche zwischen 90–70% der Fläche des Querschnitts G-G aufweist.
7H zeigt transversalen den Querschnitt H-H 152 der 7G und in gepunkteten Linien zum Vergleich Querschnitt G-G 150. Der Querschnitt H-H weist annähernd eine Fläche zwischen 90–70% der Fläche des Querschnitts G-G auf. Der Übergang 151, der geglättet ist. Der kleinste Teil der Kammer ist ebenso gezeigt, der annähernd 50% der Querschnittsfläche des Querschnitt G-G aufweist.
7I zeigt einen transversalen Querschnitt I-I der 7G und in gepunkteten Linien zum Vergleich Querschnitt G-G. Der Querschnitt I-I hat annähernd eine Fläche von 70% der Fläche des Querschnitts G-G. Der Übergang 153 ist geglättet. Es ist ebenso der kleinste Teil der Kammer gezeigt.
7J zeigt eine Variante des Kolbens der 7A–C im Querschnitt H-H aus 7G. Der Kolben ist nun aus einem elastischen Material hergestellt, das auch undurchlässig ist, so dass kein separates Abdichtmittel notwendig ist. Die Abstände c und d sind unterschiedlich und dadurch ergeben sich die Verformungen des Kolbens im selben transversalen Querschnitt H-H.
7K zeigt eine Serie transversaler Querschnitte einer Kammer, bei der die Fläche in bestimmten Stufen abnimmt, wohingegen der Umfang konstant bleibt – diese sind durch zwei einzigartige, modulare, parametrische Fourier-Reihen-Entwicklungen vorgegeben, eine für jede Koordinatenfunktion. Oben links ist der Querschnitt dargestellt, der der Ausgangsquerschnitt der genannten Reihe ist. Der verwendete Parametersatz ist unter den Figuren angegeben. Diese Reihe zeigt abnehmende Flächen des transversalen Querschnitts, aber es ist auch möglich, dass diese Flächen zunehmen, wobei der Umfang konstant bleibt. Die fettgedruckten Zahlen in den Figuren gibt die abnehmenden Querschnittsflächen der verschiedenen Formen an, mit der einen in der linken oberen Ecke als die Ausgangsflächengröße. Die Größe der Querschnittsfläche unten rechts beträgt annähernd 49% von der Ausgangsflächengröße oben links.
7L zeigt eine konvexe Kurve, die für eine bestimmte feststehende Länge der Begrenzungskurve und eine so klein wie mögliche Krümmung optimiert wurde. Die allgemeine Formel für den kleinsten Radius der Krümmung, die der größten Krümmung der Figur entspricht, die in 7L gezeigt ist, lautet:
Die durch y spezifizierte Länge wird bestimmt durch:
wobei

r: = kleinster Radius der Krümmung
L: = Begrenzungslänge = konstant
A₁: = abnehmender Wert der Ausgangsgebietsfläche A₀

Als Beispiel aus 3D: Gebietsfläche A₀ = π(30)² und Grenzlänge L = 60π = 188,5 entsprechend der Fläche und Grenzlänge einer Scheibe mit dem Radius 30. Die Länge ist, wie erforderlich konstant, aber die Fläche nimmt auf den zu spezifizierenden Wert A₁ ab. Die gewünschte, letztendliche Ausgestaltung sollte die Fläche A₁ = π (19/2)² = 283,5 aufweisen. Die konvexe Kurve mit der kleinstmöglichen Krümmung der Grenzkurve ist nun:

r: = 1,54
k: = 1/r = 0,65
x: = 89,4

Die Kurve der Figur ist nicht maßstabsgetreu und die Figur zeigt lediglich das Prinzip. Die Kurve kann dadurch weiter optimiert werden, dass gerade Linien durch Kurven ausgetauscht werden, wodurch die Abdichtung des Kolbens mit der Wand verbessert werden kann.
7M zeigt eine nicht-konvexe Kurve, die für eine bestimmte feststehende Länge der Begrenzungskurve und eine so klein wie mögliche Krümmung optimiert wurde. Die allgemeine Formel für den kleinsten Radius der Krümmung, die der größten Krümmung der Figur entspricht, die in 7L gezeigt ist, lautet:
Die durch y spezifizierte Länge wird bestimmt durch:
wobei

Die nicht-konvexe Kurve (mit offensichtlichen Modifikationen der strangförmigen Zwischen-Doppelkurve) mit der kleinstmöglichen Krümmung der Begrenzungskurve:

r: = 6,3
k: = 1/r = 0,16
x: = 42

Die Kurve der Figur ist nicht maßstabsgetreu und die Figur zeigt lediglich das Prinzip.
Die 8A, B, C zeigen eine siebte Ausführungsform der Pumpe mit einem Kolbenmittel, das eine weitere Verbundstruktur aufgebaut ist, die ein komprimierbares Medium wie zum Beispiel ein gasförmiges Medium wie zum Beispiel Luft (es ist Folgendes auch möglich: nur ein nicht-komprimierbares Medium wie zum Beispiel eine flüssiges Medium wie Wasser oder eine Kombination eines komprimierbaren und eines nicht komprimierbaren Mediums) in einer geschlossenen Kammer beinhaltet, die beispielsweise aus einem verstärkten Schlauch aufgebaut ist. Es kann möglich sein, dass die Einlage, Verstärkung und Abdeckung auf der mit Druck zu beaufschlagenden Seite des Kolbenmittel sich von der nicht mit Druck zu beaufschlagenden Seite unterscheiden – hier kann die Haut als vorgeformte Haut ausgebildet sein, die diese Form während des Pumpenhubs beibehält. Es ist auch möglich, dass die Haut aus zwei oder mehr Teilen hergestellt ist, die wiederum selbst vorgeformt sein können, wobei eines auf der nicht mit Druck zu beaufschlagenden Seite des Kolbenmittels, das andere auf der mit Druck zu beaufschlagenden Seite angeordnet ist (bitte siehe 8B Teil X beziehungsweise Teile Y + Z). Während des Pumpenhubs sind die zwei Teile ineinander eingehängt (bitte siehe 8B XY und ZZ). Die Anpassung der Abdichtkante an die Kammer im transversalen Querschnitt kann zu einer Änderung des Querschnitts des Kolbens an seiner Abdichtkante führen, und dies kann zu einer Veränderung des Volumens im Innern des Kolbens führen. Diese Volumenänderung kann eine Druckveränderung des komprimierbaren Mediums ergeben und kann zu einer veränderten Abdichtkraft führen. Des Weiteren wirkt das komprimierbare Medium als Stützabschnitt, da es die Last des Kolbens auf die Kolbenstange überträgt.
8A zeigt einen Längsschnitt der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer 90, die eine kontinuierliche konvexe Kurve 91 aufweist, mit dem Kolben 92 zu Beginn des Pumpenhubs, und 92' an dessem Ende. Der Hochdruckteil der Kammer 90 weist einen Auslasskanal 93 und einen Einlasskanal 94 auf, die beide jeweils mit einem Rückschlagventil 95 beziehungsweise 96 ausgestattet sind (nicht dargestellt). Für Niederdruckverwendung kann das Rückschlagventil 95 entfernt werden.
8B zeigt Kolben 92, der unmittelbar an die Kolbenstange 97 vulkanisiert wurde, der ein komprimierbares Medium 103 darin eine Einlage 99, eine Verstärkung 100 und eine Abdeckung 101 aufweist. Das Teil X der Haut 99, 100, 101 ist vorgeformt, wie es der Fall mit den Teilen Y und Z am mit Druck zu beaufschlagenden Teil des Kolbenmittels 92 ist. Ein Gelenk XY ist zwischen dem Teil X und dem Teil Y der Haut gezeigt. Das Teil X weist einen durchschnittlichen Winkel η₁ mit der zentralen Achse 19 der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer 90 auf. Die Teile Y und Z sind miteinander verbunden und weisen einen Zwischenwinkel κ₁ auf, der so gewählt ist, dass die Kräfte hauptsächlich auf die Kolbenstange gerichtet sind. Der Winkel λ zwischen den Teilen Y' und Z'; dieser ist so gewählt, dass je höher die Kraft in der Kammer ist, desto rechwinkliger ist dieses Teil zur zentralen Achse. Gelenk ZZ zwischen der Hälfte des Teils Z. Die Abdichtkante 102.
8C zeigt den Kolben am Ende eines Hubs. Das Teil X' der Haut weist nun einen Winkel η₂ mit der zentralen Achse auf, wohingegen die Teile X' und Y' einen Zwischenwinkel κ₂ und einen annähernd unveränderten Winkel X zwischen Y' und Z' aufweisen. Der Winkel zwischen den Halbteilen des Teils Z beträgt annähernd Null. Der Abstand a' zwischen der Abdichtkante 102 und der zentralen Achse 19 der Kammer in dem dargestellten transversalen Querschnitt beträgt annähernd 40% des Abstands a zu Beginn des Hubs. Die Abdichtkante 102' und das komprimierte Medium 103'.
Die 9A, B, C, D zeigt Details einer Kombination aus einer mit Druck zu beaufschlagenden Kammer mit festen Abmessungen und einer achten Ausführungsform eines Kolben, der seine Abmessungen ändern kann. Der Kolben ist ein aufblasbarer Körper, der einen transversalen Querschnitt der Kammer ausfüllt. Während des Hubs kann er andauernd seine Abmessungen an und in der Nähe der Abdichtkante ändern. Das Material kann ein Verbundmaterial aus einer elastisch verformbaren Einlage und einem Stützmittel, wie beispielsweise Fasern (z.B. Glas, Bor, Kohlenstoff oder Aramid), Stoff, Filamenten oder Ähnlichem, sein. In Abhängigkeit der Faserarchitektur und der sich ergebenden Gesamtbelastung auf den Kolben – die Kolben ist so gezeigt, dass er etwas inneren Überdruck aufweist – kann er annähernd die Form einer Kugel oder annähernd eine elliptische Kurve ('Rugby-Ball'-ähnliche Form) oder eine beliebige Form dazwischen erhalten, und ebenso auch andere Formen. Eine Abnahme der transversalen Querschnittsfläche beispielsweise der Kammer führt zu einer Abnahme der Größe des aufblasbaren Körpers in jener Richtung und eine 3-dimensionale Abnahme ist aufgrund der Faserarchitektur möglich, die auf dem 'Trellis-Effekt' beruht, bei dem Fasern schichtweise unabhängig voneinander auf Schub beansprucht werden. Die Abdeckung ist ebenso aus einem elastischen, verformbaren Material hergestellt, das für die spezifischen Umgebungsbedingungen in der Kammer geeignet ist. Falls die Einlage noch die Abdeckung undurchlässig ist, ist es möglich eine separate Blase innerhalb des Körpers zu verwenden, weil der Körper ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium enthält. Die Stützmittel, wie zum Beispiel Fasern, können nur sich selbst Stabilität verleihen, falls der Druck innerhalb des Körpers größer als außerhalb ist, da sie dann unter Spannung stehen. Dieser Druckzustand kann bevorzugt sein, um eine geeignete Abdichtung und Lebensdauer zu erhalten. Da sich der Druck in der Kammer fortwährend ändern kann, sollte der Druck innerhalb des Körpers dasselbe tun und etwas höher sein oder sollte immer an beliebigem Punkt des Pumpenhubs höher sein, indem er konstant bleibt. Die letzte Lösung kann nur für niedrige Drücke verwendet werden, da ansonsten der Kolben in der Kammer festklemmt. Für höhere Drücke in der Kammer kann eine Anordnung notwendig sein, so dass der Innendruck entsprechend der Änderungen des Drucks in der Kammer variiert + sollte etwas höher sein. Dies kann durch einige verschiedene Anordnungen erreicht werden – belastungsregulierende Mittel – die auf den Prinzipien beruhen, das Volumen und/oder den Druck des Mediums innerhalb des Kolbens zu ändern und/oder die Temperatur des Mediums im Innern zu ändern – andere Prinzipien sind auch möglich, wie beispielsweise die richtige Auswahl des Materials der Haut des Kolbens, zum Beispiel eine spezifische Gummiart, wobei dessen E-Modul die Verformbarkeit vorgibt, oder die richtige Auswahl die relative Menge des komprimierbaren Teils des Volumens innerhalb des aufblasbaren Körpers und dessen Komprimierbarkeit. Hier wird ein nicht-komprimierbares Medium im Innern des Kolbens verwendet. Durch eine Änderung der Größe der transversalen Querschnittsfläche an der Abdichtkante kann sich das Volumen des Kolbens ändern, da die Größe des Kolbens in einer Bewegungsrichtung konstant ist. Diese Änderung bewirkt, dass das nicht-komprimierbare Medium in oder aus dem mit Federkraft betriebenen Kolben ins Innere der hohlen Kolbenstange strömt. Es ist auch möglich, dass der genannte mit Federkraft betriebene Kolben anderweitig angeordnet ist. Die Kombination des Druckes, der durch die Volumenänderung des Kolbens hervorgerufen wird und der Druckänderung aufgrund der genannten Federkraft resultiert in einer gewissen Abdichtkraft. Die genannte Federkraft wirkt als eine Feinabstimmung für die Abdichtkraft. Eine verbesserte Belastungsregulierung kann durch Austausch des nicht-komprimierbaren Mediums durch eine bestimmte Kombination eines komprimierbaren und eines nicht-komprimierbaren Mediums erreicht werden, wo das komprimierbare Medium als ein belastungsregulierendes Mittel wirkt. Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn die genannte Feder durch die Betätigungskraft des Kolbens der Kammer ausgetauscht wird, da es den Rückzug des Kolbens aufgrund einer geringeren Abdichtkraft einer geringeren Reibung erleichtert. Ein Temperaturanstieg eines Mediums im Innern des Kolbens kann erreicht werden, wenn insbesondere ein Medium gewählt wird, das leicht erwärmt werden kann.
9A zeigt den Längsschnitt der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer der 8A mit dem Kolben 146 in der 9B zu Beginn eines Hubs und in der 9C am Ende 146' eines Hubs.
9B zeigt einen Kolben 146 mit einem aufblasbaren Körper, der eine Wand hat, die Fasern 130 mit einem Muster aufweist, so dass der aufgeblasene Körper zur Kugel wird. Abdeckung 131 und Einlage 132. Eine undurchlässige Blase 133 ist im Innern der Kugel dargestellt. Die Kugel ist unmittelbar an der Kolbenstange 120 angebracht. Sie ist an einem Ende durch eine Kappe 121 und am anderen Ende durch die Kappe 122 verriegelt. Der Hohlkanal 125 der Kolbenstange 120 hat ein Loch 123 in seine Seite in Innere der Kugel, so dass Einspannmittel, was beispielsweise ein nicht komprimierbares Medium 124 ist, das in der Kugel enthalten ist frei in und aus dem Kanal 125 der Kolbenstange 120 strömen kann. Das andere Ende des Kanals 125 ist durch einen beweglichen Kolben 126 verschlossen, der durch eine Feder 127 gespannt ist. Die Feder ist an einer Kolbenstange 128 befestigt. Die Feder 127 stimmt den Druck innerhalb der Kugel und die Abdichtkraft ab. Die Abdichtfläche 129 ist annähernd eine Linie, die die angrenzende Wand der Kammer berührt. Die Fasern sind lediglich schematisch dargestellt (in sämtlichen Zeichnungen dieser Anwendung).
9C zeigt den Kolben der 9B am Ende eines Hubs, wo die Fläche des Querschnitts am kleinsten ist. Die Kugel hat nun eine viel größere Abdichtfläche 134 mit den angrenzenden Wänden der Kammer, die gleichmäßig ist. Der Kolben 126 hat sich bezüglich seiner Position, die in 9B gezeigt ist, bewegt, da das nicht-komprimierbare Medium 124' aus der gestörten Kugel herausgequetscht worden ist. Um die Reibungskraft zu minimieren, ist es möglich, dass die Abdeckung an der Abdichtfläche Rippen aufweist (nicht dargestellt) oder eine reibungsvermindernde Beschichtung aufweist (genauso wie die Wand der Kammer – nicht dargestellt). Da sich keine der Kappen 121 und 122 entlang der Kolbenstange 120 bewegen kann, kann der Trellis-Effekt lediglich ein Teil des Materialüberschusses der Haut sein. Der Rest ist als eine 'Schulter' 135 gezeigt, die die Lebensdauer beachtlich reduzieren kann, während die sie ebenso die Reibung erhöht. Die Abdichtkante 129'. Der Abstand a' zwischen der Abdichtkante 129' und der zentralen Achse 19 der Kammer in dem gezeigten transversalen Querschnitt beträgt annähernd 48% des Abstands a vom Beginn des Hubs.
9D zeigt eine verbesserte Abstimmung der Abdichtkraft indem im Innern der Kugel ein nicht komprimierbares Medium 136 und ein komprimierbares Medium 137 vorgesehen ist. Der Druck der Medien wird durch einen Kolben 138 mit einem Abdichtring 139 und einer Kolbenstange 140 reguliert, die direkt mit der Betätigungskraft verbunden ist. Der Kolben 138 kann in den Zylinder 141 der Kugel gleiten. Der Anschlag 145 befestigt die Kugel an der Kolbenstange 140.
Die 10A, B, C zeigen einen verbesserten Kolben, wo der Überschuss der Haut durch kleine Querschnitte der Kammer freigegeben werden kann, was eine verbesserte Lebensdauer und weniger Reibung bedeutet. Dieses Verfahren betrifft die Tatsache, dass eine Aufhängung des Kolbens an der Kolbenstange sich entlang der Kolbenstange und/oder um diese drehen kann in eine Position, die weiter weg von der Seite des Kolbens ist, wo der größte Druck in der Kammer ist. Eine Feder zwischen der beweglichen Kappe und einem Anschlag an der Kolbenstange fungiert als ein weiteres belastungsregulierendes Mittel.
10A zeigt einen Längsschnitt der Kammer 169 einer erfindungsgemäßen Pumpe mit zwei Positionen des Kolbens 168 beziehungsweise 168'.
10B zeigt einen Kolben mit einer aufblasbaren Haut mit Fasern 171 in wenigstens zwei Schichten mit einer Faserarchitektur, die annähernd eine Kugel – einen Ellipsoid im aufgeblasenen Zustand ergibt. Im Innern des Kolbens kann eine undurchlässige Schicht 172 vorgesehen sein, falls die Haut nicht dicht ist. Das Medium ist eine Kombination aus einem komprimierbaren Medium 173, zum Beispiel Luft, und einem nicht komprimierbaren Medium 174, zum Beispiel Wasser. Die Haut 170 ist am Ende der Kolbenstange in der Kappe 175 angebracht, die an der Kolbenstange 176 befestigt ist. Das andere Ende der Haut ist in gelenkig in einer beweglichen Kappe 177 befestigt, die über die Kolbenstange 176 gleiten kann. Die Kappe 177 wird in Richtung des mit Druck zu beaufschlagenden Teils der Kammer 169 durch eine Feder 178 gepresst, die am anderen Ende in Richtung einer Unterlegscheibe 179 gequetscht wird, die an der Kolbenstange 176 befestigt ist. Die Abdichtkante 167.
10C zeigt den Kolben der 10B am Ende des Pumpenhubs. Die Feder 178' ist zusammengedrückt. Das Gleiche gilt für das nicht komprimierbare Medium 174' und das komprimierbare Medium 173'. Die Haut 170' ist deformiert und weist nun eine große Abdichtfläche 167' auf. Der Abstand a' zwischen der Abdichtkante 167 und der zentralen Achse der Kammer beträgt annähernd 43% des Abstands a zu Beginn des Hubs.
Die 11A, B, C zeigen einen Kolben, der an seinen beiden Enden in Bewegungsrichtung an der Kolbenstange eine bewegliche Kappe aufweist, die den Überschuss an Material wegnimmt. Dies ist eine Verbesserung für einen Kolben in einer in einer Richtung arbeitenden Kolbenpumpe, aber es insbesondere möglich nun den Kolben in einer in beide Richtung arbeitenden Pumpe zu verwenden, wo jeder Hub, also auch der rückziehende Hubbewegung, ein Pumphub ist. Die Bewegung der Haut während des Betriebs wird indirekt durch die Anschläge an der Kolbenstange begrenzt. Diese sind so angeordnet, dass der Druck eines Mediums in der Kammer den Kolben nicht von der Kolbenstange streifen kann.
11A zeigt einen Längsschnitt der Kammer mit einem verbesserten Kolben 208 zu Beginn und am Ende (208') eines Hubs.
11B zeigt eine neunte Ausführungsform des Kolbens 208. Die Haut der Kugel ist vergleichbar mit der aus 10. Eine undurchlässige Schicht 190 im Innern wird nun fest in der Kappe 191 in der Spitze und der Kappe 192 im Boden eingequetscht. Details der genannten Kappen sind nicht dargestellt und alle Arten der Anordnungsmethoden können verwendet werden. Beide Kappen 191, 192 können sich entlang der Kolbenstange 195 bewegen und/oder darum drehen. Dies kann durch diverse Methoden erfolgen, beispielsweise durch unterschiedliche Arten von Lagern, die nicht gezeigt sind. Die Kappe 191 in der Spitze kann sich aufgrund der Existenz des Anschlags 196 im Innern des Kolbens nur nach oben bewegen. Die Kappe 192 am Boden kann sich nur abwärts bewegen, da der Anschlag 197 eine Bewegung aufwärts verhindert. Die 'Abstimmung' der Abdichtkraft umfasst eine Kombination eines nicht komprimierbaren Mediums 205 und eines komprimierbaren Mediums 206 im Innern der Kugel, einen mit Federkraft betriebenen Kolben 126 im Innern der Kolbenstange 195. Die Medien können frei durch die Wand 207 oder Kolbenstange durch die Löcher 199, 200, 201 strömen. Die O-Ringe oder Ähnliches 202, 203 in der genannten Kappe in der Spitze beziehungsweise in der genannten Kappe am Boden dichten die Kappen 191, 192 gegenüber der Kolbenstange ab. Die Kappe 204, die als geschraubte Anordnung am Ende der Kolbenstange 195 dargestellt ist, zieht die genannte Kolbenstange fest. Vergleichbare Anschläge können irgendwo an der Kolbenstange in Abhängigkeit der erforderlichen Bewegung der Haut angeordnet sein.
11C zeigt den Kolben der 11B am Ende eines Pumpenhubs. Die Kappe 191 in der Spitze ist über einen Abstand x" vom Anschlag 196 bewegt worden, wohingegen die Bodenkappe 192 gegen den Anschlag 197 gepresst wird. Das komprimierbare Medium 206' und das nicht-komprimierbare Medium 205'.
Die 12A, B, C zeigen einen verbesserten Kolben im Vergleich zu den Früheren. Die Verbesserungen betreffen eine bessere Abstimmung der Abdichtkraft durch das belastungsregulierende Mittel, eine Verringerung der Reibung durch eine kleinere Abdichtkontaktfläche, insbesondere durch kleinere Querschnittsflächen. Die verbesserte Abstimmung betrifft die Tatsache, dass der Druck im Innern des Kolben nun unmittelbar durch den Druck in der Kammer aufgrund eines Kolbenpaares auf derselben Kolbenstange beeinflusst wird und der dadurch unabhängig von der Existenz einer Betätigungskraft auf die Kolbenstange ist. Dies kann besonders vorteilhaft während eines Stopps des Pumpenhubs sein, falls die Betätigungskraft sich ändern würde, zum Beispiel zunehmen, da die Abdichtkraft konstant bleibt und es nicht dazu kommt, dass die Abdichtung unterbrochen wird. Am Ende eines Pumpenhubs, wenn der Druck in der Kammer verringert ist, fällt das Zurückziehen aufgrund der geringeren Reibkräfte leichter. In der Fall einer Pumpe, die in beide Richtungen zu betreiben ist, kann das belastungsregulierende Mittel durch beide Seiten des Kolben beeinflusst werden, z.B. durch eine doppelte Anordnung dieses belastungsregulierenden Mittels (nicht dargestellt). Die gezeigte Anordnung der Kolben erfüllt eine Spezifikation: zum Beispiel ein Zuwachs des Drucks in der Kammer führt zu einem Zuwachs des Drucks im Kolben. Andere Spezifikationen können zu anderen Anordnungen führen. Das Verhältnis kann so ausgelegt sein, dass der Zuwachs sich von einem linearen Verhältnis unterscheidet. Der Aufbau ist ein Kolbenpaar, die mit einer Kolbenstange verbunden sind. Die Kolben können eine gleiche Fläche, unterschiedliche Größe und/oder eine sich ändernde Fläche aufweisen.
Aufgrund einer spezifischen Faserarchitektur und der sich ergebenden Gesamtbelastung – sie ist mit etwas innerem Überdruck dargestellt – ist die Form des Kolbens im Längsschnitt eine Raute. Zwei seiner Ecken in diesem Schnitt wirken als eine Abdichtfläche, was zu einer verringerten Kontaktfläche durch kleinere transversale Querschnitte der Kammer führt. Die Größe der Kontaktfläche kann immer noch durch die Existenz einer gerippten Außenfläche der Haut des Kolbens gesteigert werden. Die Wand der Kammer und/oder die Außenseite des Kolbens kann eine Beschichtung, wie zum Beispiel Nylon, aufweisen oder kann aus einem reibungsmindernden Material hergestellt sein.
Nicht dargestellt ist die Möglichkeit einer Kammer, die transversale Querschnittsformen gemäß solchen, die zum Beispiel in 7F gezeigt sind, aufweist mit einem Kolben, der (in diesem Fall als ein Beispiel) drei separate Kolben gemäß zum Beispiel der 12A–C aufweist, die jeweils in der ersten kreisförmigen Querschnittsfläche (7F oben links), untereinander und die Begrenzungskurve abdichten, wohingegen jeder an einem anderen Punkt der Längsachse der Kammer eines der drei lappenförmige Teile und untereinander (7F z.B. oben rechts) abdichtet, wohingegen an noch einem anderen Punkt jeder lediglich eins der drei lappenförmigen Teile abdichtet.
12A zeigt einen Längsschnitt einer Kolben-Kammer-Kombination mit einer zehnten Ausführungsform eines Kolben 222 zu Beginn und am Ende (222') eines Hubs in einer Kammer 216.
12B zeigt einen Kolben dessen Hauptkonstruktion in den 11B und 11C beschrieben ist. Die Haut weist an der Außenseite Rippen 210 auf. Die Haut und die undurchlässige Schicht 190 auf der Innenseite wird an der Spitze zwischen einem inneren Teil 211 und einem äußeren Teil 212, die zusammengeschraubt werden, eingequetscht. Am Boden existiert eine ähnliche Konstruktion mit dem inneren Teil 213 und dem äußeren Teil 214. In dem Innern des Kolbens gibt es ein komprimierbares Medium 215 und ein nicht komprimierbares Medium 219. Der Druck im Innern des Kolbens wird durch eine Kolbenanordnung abgestimmt, die unmittelbar durch den Druck der Kammer 216 aktiviert wird. Der Kolben 148 in Boden, der mit der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer 216 verbunden ist, ist an einer Kolbenstange 217 angebracht, wohingegen auf der anderen Seite ein weiterer Kolben 149 angebracht ist, der mit einem Medium des Kolbens 222 verbunden ist. Die Kolbenstange 217 wird durch ein Gleitlager 218 geführt – andere Lagertypen können ebenso verwendet werden (nicht dargestellt). Die Kolben auf beiden Seiten der Kolbenstange 217 können unterschiedliche Durchmesser haben – es ist sogar möglich, dass der Zylinder 221, in dem diese sich bewegen durch zwei Kammern ausgetauscht ist, die von der erfindungsgemäßen Art sein können – daneben sind der Kolben und/oder die Kolben ebenso von der erfindungsgemäßen Bauart. Die Abdichtkante 220. Die Kolbenstange 224. Abstand d₁ zwischen dem Kolben 148 und Düse 223.
12C zeigt den Kolben der 12A am Ende eines Hubs, während die Kammer 216 immer noch unter Hochdruck steht. Die Abdichtkante 220'. Die belastungsregulierenden Mittel 148' haben einen unterschiedlichen Abstand von der Düse 223 in Richtung der Kammer. Kolben 148' und 149' sind so dargestellt, dass sie mit einem größeren Abstand als in 12B von der Düse 223: d₂ angeordnet sind.
13A, B, C zeigt die Kombination einer Pumpe mit einer mit Druck zu beaufschlagenden Kammer mit elastisch verformbarer Wand mit unterschiedlichen Flächen der transversalen Querschnitte und einem Kolben mit einer feststehenden geometrischen Form. In einem Gehäuse, wie zum Beispiel ein Zylinder, mit feststehenden geometrischen Größen ist eine aufblasbare Kammer angeordnet, die durch ein Medium (ein nicht komprimierbares und/oder ein komprimierbares Medium) aufblasbar ist. Es ist auch möglich, dass das genannte Gehäuse vermieden werden kann. Die aufblasbare Wand wiest zum Beispiel einen Einlage-Faser-Abdeckungs-Verbund auf oder es auch eine undurchlässige Haut zugegeben. Der Winkel der Abdichtfläche des Kolbens ist etwas größer als der Vergleichswinkel der Wand der Kammer in Relation zu einer Achse, die parallel zur Bewegung verläuft. Dieser Unterschied zwischen den genannten Winkeln und die Tatsache, dass die momentanen Deformationen der Wand durch den Kolben etwas verzögert auftritt (dadurch, dass beispielsweise ein viskoses, nicht-komprimierbares Medium in der Wand der Kammer und/oder der rechten Abstimmung der belastungsregulierenden Mittel vorgesehen ist, die ähnlich denen sind, die die Kolben dargestellt wurden), schafft eine Abdichtkante, deren Abstand zur zentralen Achse der Kammer während der Bewegung zwischen zwei Kolben- und/oder Kammerpositionen variieren kann. Dadurch wird eine Querschnittsflächenänderung während eines Hubs bereitgestellt, und dadurch eine entwerfbare Betätigungskraft. Der Querschnitt des Kolbens in der Bewegungsrichtung kann jedoch ebenso gleich ausfallen oder mit einem negativen Winkel in Relation zu dem Winkel der Wand der Kammer – in diesen Fällen sollte die 'Nase' des Kolbens abgerundet sein. In den zuletzt erwähnten Fällen kann es schwieriger sein, eine sich ändernde Querschnittsfläche und dadurch eine entwerfbare Betätigungskraft bereitzustellen. Die Wand der Kammer kann mit all den bereits gezeigten belastungsregulierenden Mittel ausgestattet sein, wie diejenigen die in 12B gezeigt sind, und falls notwendig mit den formregulierenden Mitteln. Die Geschwindigkeit des Kolbens in der Kammer kann eine Auswirkung auf die Abdichtung haben.
13A zeigt den Kolben 230 in vier Positionen des Kolbens in einer Kammer 231. Um eine aufblasbare Wand ein Gehäuse 234 mit feststehenden, geometrischen Größen. In der genannten Wand 234 ein komprimierbares Medium 232 und ein nicht-komprimierbares Medium 233. Es kann eine Ventilanordnung für das Aufblasen der Wand vorgesehen sein (nicht dargestellt). Die Form des Kolbens auf der nicht mit Druck zu beaufschlagenden Seite ist lediglich ein Beispiel, um das Prinzip der Abdichtkante zu zeigen. Der Abstand zwischen der Abdichtkante am Ende und zu Beginn des Hubs in dem gezeigten transversalen Querschnitt beträgt annähernd 39%.
13B zeigt den Kolben nach Beginn eines Hubs. Der Abstand von der Abdichtkante 235 und der zentralen Achse 236 ist z₁. Der Winkel ξ zwischen der Kolbenabdichtkante 235 und der zentralen Achse 236 der Kammer. Der Winkel ν zwischen der Wand der Kammer und der zentralen Achse 236. Der Winkel ν ist kleiner als der Winkel ξ dargestellt. Die Abdichtkante 235 ist so angeordnet, dass der Winkel ν genauso groß wie der Winkel ξ ist. Andere Ausführungsformen des Kolbens sind nicht dargestellt.
13C zeigt den Kolben während eines Hubs. Der Abstand von der Abdichtkante 235 und der zentralen Achse 236 ist z₂ – dieser Abstand ist kleiner als z₁.
13D zeigt den Kolben nahezu am Ende des Hubs. Der Abstand von der Abdichtkante 235 und der zentralen Achse 236 ist z₃ – dieser Abstand ist kleiner als z₂.
14 zeigt einer Kombination einer Wand der Kammer und des Kolbens, die sich ändernde geometrische Formen aufweisen, die sich während des Pumpenhubs aneinander anpassen und damit eine durchgängige Abdichtung gestatten. Gezeigt ist die Kammer der 13A, hier mit lediglich einem nicht komprimierbaren Medium 237 und der Kolben 222 zu Beginn eines Hubs, wohingegen der Kolben 222'' gerade vor dem Ende eines Hubs dargestellt ist. Alle anderen Ausführungsformen des Kolbens, die die Abmessungen ändern können, können hier ebenso verwendet werden. Die richtige Wahl der Geschwindigkeit des Kolbens und der Viskosität des Mediums 237 kann einen positiven Effekt auf den Betrieb haben. Die Form im Längsschnitt der Kammer, die in 14 gezeigt ist, kann auch unterschiedlich sein.
Bezugszeichen – eine Kombination einer Kammer und eines Kolbens, eine Pumpe, ein Motor, Stoßdämpfer und ein Wandler, in die die Kombination eingearbeitet ist.

Claims

Kolben-Kammer-Kombination, umfassend eine längliche Kammer (70), die durch eine innere Kammerwand (71, 73, 75) begrenzt ist, und umfassend ein Kolbenmittel (76, 76', 163) in der Kammer, um in Bezug auf die Kammer zumindest zwischen einer ersten und einer zweiten Längsposition der Kammer abdichtend beweglich zu sein, wobei die Kammer an der ersten und der zweiten Längsposition der Kammer Querschnitte mit verschiedenen Querschnittsflächen und an dazwischenliegenden Längspositionen zwischen ihrer ersten und zweiten Längsposition zumindest im Wesentlichen fortlaufend unterschiedliche Querschnittsflächen aufweist, wobei die Querschnittsfläche an der ersten Längsposition größer als die Querschnittsfläche an der zweiten Längsposition ist, wobei das Kolbenmittel so gestaltet ist, daß es sich selbst und das Dichtungsmittel während der relativen Bewegungen des Kolbenmittels von der ersten Längsposition über die dazwischenliegenden Längspositionen zur zweiten Längsposition der Kammer an die verschiedenen Querschnittsflächen der Kammer anpaßt, wobei das Kolbenmittel (76, 76', 163) Folgendes umfasst: – mehrere zumindest im Wesentlichen steife Stützelemente (81, 82, 184), die drehbar an einem gemeinsamen Element (6, 23, 45, 180) befestigt sind, – wobei die Stützelemente in ein durch die Stützelemente gestütztes, elastisch verformbares Mittel (79) eingebettet sind, um eine Abdichtung gegen die innere Wand (71, 73, 75, 155, 156, 157, 158) der Kammer (70) vorzunehmen, wobei die Stützelemente in Bezug auf die Längsachse (19) der Kammer (70) zwischen 10° und 40° drehbar sind.
Kombination nach Anspruch 1, wobei die Stützelemente (81, 82, 184) so drehbar sind, daß sie zumindest annähernd parallel zur Längsachse (19) liegen.
Kombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei das gemeinsame Element (180) an einem Griff zur Benutzung durch eine Bedienungsperson angebracht ist, und wobei sich die Stützelemente (81, 82, 184) in der Kammer (60, 70) in eine Richtung erstrecken, die relativ vom Griff wegführt.
Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend Mittel (79, 183) zum Vorspannen der Stützelemente (81, 82, 184) gegen die innere Wand (71, 73, 75, 155, 156, 157, 158) der Kammer (70).
Kolben-Kammer-Kombination, umfassend eine längliche Kammer (90, 169, 21b, 231), die durch eine innere Kammerwand (91, 155, 156, 157, 158) begrenzt ist, und umfassend ein Kolbenmittel (92, 92', 138, 138', 146, 146', 168, 168', 208, 208', 222, 222', 222'') in der Kammer, um in Bezug auf die Kammer zumindest zwischen einer ersten und einer zweiten Längsposition der Kammer abdichtend beweglich zu sein, wobei die Kammer an der ersten und der zweiten Längsposition der Kammer Querschnitte mit verschiedenen Querschnittsflächen und an dazwischenliegenden Längspositionen zwischen ihrer ersten und zweiten Längsposition zumindest im Wesentlichen fortlaufend unterschiedliche Querschnittsflächen aufweist, wobei die Querschnittsfläche an der ersten Längsposition größer als die Querschnittsfläche an der zweiten Längsposition ist, wobei das Kolbenmittel so gestaltet ist, daß es sich selbst und das Dichtungsmittel während der relativen Bewegungen des Kolbenmittels von der ersten Längsposition über die dazwischenliegenden Längspositionen zur zweiten Längsposition der Kammer an die verschiedenen Querschnittsflächen der Kammer anpaßt, wobei das Kolbenmittel (92, 92', 146, 146', 168, 168', 208, 208', 222, 222', 222'') einen elastisch verformbaren Behälter umfasst, der ein verformbares Material (103, 103', 124, 124', 136, 137, 173, 173', 174, 174', 205, 205', 206, 206', 215, 215', 219, 219') umfasst.
Kombination nach Anspruch 5, wobei das verformbare Material (103, 103', 124, 124', 136, 137, 173, 173', 174, 174', 205, 205', 206, 206', 215, 215', 219, 219') ein Fluid oder ein Gemisch von Fluiden wie etwa Wasser, Dampf und/oder Gas, oder ein Schaum ist.
Kombination nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Behälter bei einem Querschnitt durch die Längsrichtung dann, wenn er an der ersten Längsposition der Kammer (90, 169, 216, 231) positioniert ist, eine erste Form aufweist, die von einer zweiten Form des Behälters, wenn er an der zweiten Längsposition der Kammer positioniert ist, verschieden ist.
Kombination nach Anspruch 7, wobei zumindest ein Teil des verformbaren Materials (103, 103', 137, 173, 173', 206, 206', 215, 215') zusammendrückbar ist, und wobei die erste Form eine Fläche aufweist, die größer als eine Fläche der zweiten Form ist.
Kombination nach Anspruch 8, wobei das verformbare Material (124, 124', 136, 174, 174', 205, 205', 219, 219') zumindest im Wesentlichen nicht zusammendrückbar ist.
Kombination nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Behälter aufblasbar ist.
Kombination nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei das Kolbenmittel (146, 146', 208, 208', 222, 222', 222'') einen umschlossenen Raum (125) umfasst, der mit dem verformbaren Behälter in Verbindung steht, wobei der umschlossene Raum (125) ein veränderliches Volumen aufweist.
Kombination nach Anspruch 11, wobei das Volumen händisch einstellbar ist.
Kombination nach Anspruch 11, wobei der umschlossene Raum (125) einen federvorgespannten Druckabstimmkolben (126, 138, 138', 149, 149') umfasst.
Kombination nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend Mittel (148, 148', 149, 149', 217, 218) zum Definieren des Volumens des umschlossenen Raums (125), so daß der Druck des Fluids in der Kammer des umschlossenen Raums (125) in einer Beziehung zum Druck steht, der auf das Kolbenmittel (222, 222', 222'') wirkt, wenn dieses an der zweiten Längsposition der Kammer (216) positioniert ist.
Kombination nach Anspruch 19, wobei die Definiermittel (148, 148', 149, 149', 217, 218) dazu geeignet sind, den Druck im umschlossenen Raum (125) zumindest im Wesentlichen identisch mit dem Druck zu definieren, der auf das Kolbenmittel (222, 222', 222'') wirkt, wenn dieses an der zweiten Längsposition der Kammer (216) positioniert ist.
Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Querschnitte der verschiedenen Querschnittsflächen verschiedene Querschnittsformen aufweisen, wobei die Veränderung in der Querschnittsform der Kammer (162) zwischen der ersten und der zweiten Längsposition der Kammer (162) zumindest im Wesentlichen fortlaufend ist, wobei das Kolbenmittel (163) ferner so gestaltet ist, daß es sich selbst und das Dichtungsmittel an die verschiedenen Querschnittsformen anpaßt.
Kombination nach Anspruch 16, wobei die Querschnittsform der Kammer (162) an ihrer ersten Längsposition zumindest im Wesentlichen kreisförmig ist, und wobei die Querschnittsform der Kammer (162) an ihrer zweiten Längsposition länglich wie etwa oval ist und eine erste Abmessung aufweist, die zumindest das Doppelte, wie etwa zumindest das Dreifache, und vorzugsweise zumindest das Vierfache einer Abmessung in einem Winkel zur ersten Abmessung beträgt.
Kombination nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Querschnittsform der Kammer (162) an ihrer ersten Längsposition zumindest im Wesentlichen kreisförmig ist, und wobei die Querschnittsform der Kammer (162) an ihrer zweiten Längsposition zwei oder mehr zumindest im Wesentlichen längliche wie etwa lappenförmige Teile umfasst.
Kombination nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei eine erste umfängliche Länge der Querschnittsform des Zylinders (162) an seiner ersten Längsposition 80 bis 120 %, wie etwa 85 bis 115 %, vorzugsweise 90 bis 110, wie etwa 95 bis 105, und bevorzugt 98 bis 102 % einer zweiten umfänglichen Länge der Querschnittsform der Kammer (162) an ihrer zweiten Längsposition beträgt.
Kombination nach Anspruch 19, wobei die erste und die zweite umfängliche Länge zumindest im Wesentlichen identisch sind.
Kombination nach einem der Ansprüche 5 bis 15, wobei der Behälter ein elastisch verformbares Material (99, 101, 131, 132, 133, 170, 170', 172, 190) umfasst, das ein Verstärkungsmittel (100, 130, 171) umfasst.
Kombination nach Anspruch 21, wobei das Verstärkungsmittel Fasern (130, 171) umfasst.
Kombination nach einem der Ansprüche 5 bis 16 oder Anspruch 21 oder 22, wobei der Schaum oder das Fluid dazu geeignet ist, im Inneren des Behälters einen Druck bereitzustellen, der höher als der höchste Druck der umgebenden Atmosphäre während der Schubbewegung des Kolbenmittels (148, 149) von der ersten Längsposition der Kammer (216) zur ihrer zweiten Längsposition oder umgekehrt ist.
Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die Querschnittsfläche der Kammer an ihrer zweiten Längsposition 95 % oder weniger der Querschnittsfläche der Kammer an ihrer ersten Längsposition beträgt.
Kombination nach Anspruch 24, wobei die Querschnittsfläche der Kammer an ihrer zweiten Längsposition zwischen 95 % und 15 % der Querschnittsfläche der Kammer an ihrer ersten Längsposition beträgt.
Kombination nach Anspruch 29, wobei die Querschnittsfläche der Kammer an ihrer zweiten Längsposition 95 bis 70 % der Querschnittsfläche der Kammer an ihrer ersten Längsposition beträgt.
Kombination nach Anspruch 24, wobei die Querschnittsfläche der Kammer an ihrer zweiten Längsposition ungefähr 50 % der Querschnittsfläche der Kammer an ihrer ersten Längsposition beträgt.
Kolben-Kammer-Kombination, umfassend eine längliche Kammer (231), die durch eine innere Kammerwand begrenzt ist, und umfassend ein Kolbenmittel in der Kammer, um in der Kammer abdichtend beweglich zu sein, – wobei das Kolbenmittel (230) in der Kammer (231) zumindest von einer ersten Längsposition davon zu einer zweiten Längsposition davon beweglich ist, – die Kammer (231) entlang zumindest eines Teils der Länge der Kammerwand zwischen der ersten und der zweiten Längsposition eine elastisch verformbare innere Wand (238) umfasst, – die Kammer (231) an ihrer ersten Längsposition bei an jener Position positioniertem Kolbenmittel (230) eine erste Querschnittsfläche aufweist, die größer als eine zweite Querschnittsfläche an der zweiten Längsposition der Kammer (231) bei an jener Position positioniertem Kolbenmittel (230) ist, und die Veränderung in den Querschnitten der Kammer (231) zwischen der ersten und der zweiten Längsposition zumindest im Wesentlichen fortlaufend ist, wenn das Kolbenmittel (230) zwischen der ersten und der zweiten Längsposition bewegt wird.
Kombination nach Anspruch 28, wobei das Kolbenmittel (230) aus einem zumindest im Wesentlichen nicht zusammendrückbaren Material hergestellt ist.
Kombination nach Anspruch 28 oder 29, wobei das Kolbenmittel (230) im Querschnitt entlang der Längsachse eine Form aufweist, die sich in einer Richtung von der ersten Längsposition der Kammer (231) zu ihrer zweiten Längsposition verjüngt.
Kombination nach Anspruch 30, wobei der Winkel (ξ) zwischen der Wand (238) und der Mittelachse (236) des Zylinders (231) zumindest kleiner als der Winkel (ν) zwischen der Wand der Verjüngung des Kolbenmittels (230) und der Mittelachse (236) der Kammer (231) ist.
Kombination nach einem der Ansprüche 28 bis 31, wobei die Kammer Folgendes umfasst: – einen äußeren Stützaufbau (234), der die innere Wand (238) umschließt, und – ein Fluid (232, 233), das durch einen Raum gehalten wird, welcher durch den äußeren Stützaufbau (234) und die innere Wand (238) definiert ist.
Kombination nach Anspruch 32, wobei der Raum, der durch den äußeren Aufbau (234) und die innere Wand (238) definiert ist, aufblasbar ist.
Kombination nach Anspruch 28, wobei das Kolbenmittel (222'') einen elastisch verformbaren Behälter umfasst, der ein verformbares Material umfasst und nach Anspruch 7 bis 15 gestaltet ist.
Pumpe zum Pumpen eines Fluids, wobei die Pumpe Folgendes umfasst: – eine Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – Mittel zum Eingriff mit dem Kolbenmittel von einer Position außerhalb der Kammer, – einen Fluideingang, der mit der Kammer verbunden ist und ein Ventilmittel umfasst, und – einen Fluidausgang, der mit der Kammer verbunden ist.
Pumpe nach Anspruch 35, wobei die Eingriffsmittel eine äußere Position aufweisen, bei der sich das Kolbenmittel an der ersten Längsposition der Kammer befindet, und eine innere Position aufweisen, bei der sich das Kolbenmittel an der zweiten Längsposition der Kammer befindet.
Pumpe nach Anspruch 35, wobei die Eingriffsmittel eine äußere Position aufweisen, bei der sich das Kolbenmittel an der zweiten Längsposition der Kammer befindet, und eine innere Position aufweisen, bei der sich das Kolbenmittel an der ersten Längsposition der Kammer befindet.
Stoßdämpfer, umfassend – eine Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 34, – Mittel zum Eingriff mit dem Kolbenmittel von einer Position außerhalb der Kammer, wobei die Eingriffsmittel eine äußere Position aufweisen, bei der sich das Kolbenmittel an der ersten Längsposition der Kammer befindet, und eine innere Position aufweisen, bei der sich das Kolbenmittel an der zweiten Längsposition befindet.
Stoßdämpfer nach Anspruch 38, ferner umfassend einen Fluideingang, der mit der Kammer verbunden ist und ein Ventilmittel umfasst.
Stoßdämpfer nach Anspruch 38 oder 39, ferner umfassend einen Fluidausgang, der mit der Kammer verbunden ist und ein Ventilmittel umfasst.
Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 38 bis 40, wobei die Kammer und das Kolbenmittel einen zumindest im Wesentlichen abgedichteten Hohlraum bilden, der ein Fluid umfasst, wobei das Fluid zusammengedrückt wird, wenn sich das Kolbenmittel von der ersten zur zweiten Längsposition der Kammer bewegt.
Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 38 bis 40, ferner umfassend Mittel zum Vorspannen des Kolbenmittels zur ersten Längsposition der Kammer.
Betätigungselement, umfassend – eine Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 39, – Mittel zum Eingriff mit dem Kolbenmittel von einer Position außerhalb der Kammer, – Mittel zum Einbringen von Fluid in die Kammer, um das Kolbenmittel zwischen der ersten und der zweiten Längsposition der Kammer zu verschieben.
Betätigungselement nach Anspruch 93, ferner umfassend einen Fluideingang, der mit der Kammer verbunden ist und ein Ventilmittel umfasst.
Betätigungselement nach Anspruch 43 oder 44, ferner umfassend einen Fluidausgang, der mit der Kammer verbunden ist und ein Ventilmittel umfasst.
Betätigungselement nach einem der Ansprüche 43 bis 45, ferner umfassend Mittel zum Vorspannen des Kolbenmittels zur ersten oder zweiten Längsposition der Kammer.
Betätigungselement nach einem der Ansprüche 43 bis 46, wobei die Einbringungsmittel Mittel zum Einbringen von Druckfluid in die Kammer umfassen.
Betätigungselement nach einem der Ansprüche 43 bis 46, wobei die Einbringungsmittel dazu geeignet sind, ein brennbares Fluid wie etwa Benzin oder Diesel in die Kammer einzubringen, und wobei das Betätigungselement ferner Mittel zum Verbrennen des brennbaren Fluids umfasst.
Betätigungselement nach einem der Ansprüche 43 bis 46, ferner umfassend eine Kurbel, die dazu geeignet ist, die Schubbewegung des Kolbenmittels in eine Drehung der Kurbel umzuwandeln.