EP1274939B1 - Messgaspumpe - Google Patents

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EP1274939B1
EP1274939B1 EP01917019A EP01917019A EP1274939B1 EP 1274939 B1 EP1274939 B1 EP 1274939B1 EP 01917019 A EP01917019 A EP 01917019A EP 01917019 A EP01917019 A EP 01917019A EP 1274939 B1 EP1274939 B1 EP 1274939B1
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EP
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pump
piston rod
crank mechanism
measuring gas
heat
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EP01917019A
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English (en)
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Erwin Hauser
Erich Becker
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KNF Neuberger GmbH
Original Assignee
KNF Neuberger GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0005—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons
    • F04B39/0022—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons piston rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0094—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 crankshaft

Definitions

  • the invention relates to a sample gas pump with a Pump housing, a pump chamber located therein, of a working diaphragm is closed, which has a connecting rod is in drive connection with a crank mechanism, as well as with one provided in the upper region of the pump housing Heating device, wherein in the drive transmission range between diaphragm-side connecting rod and crank mechanism, for reducing the Heat transfer to the crank mechanism, the thermal conductivity reducing, in Pleuell horrsslegi spaced and in Circumferentially offset through holes are provided.
  • US-A-4 790 730 From US-A-4 790 730 is already a Meßgaspumpe the the type mentioned above for conveying hot measuring gases, their working space a pump chamber final working over a Connecting rod is drivingly connected to a crank mechanism.
  • the pump known from US-A-4 790 730 is in the upper part the pump housing, a heater provided. With help This heater should be the areas that are with the Measuring gas come on the approximately by the Withdrawal point of the gas to be measured given temperature held to a drop in the temperature of the Measuring gas in the area of the pump room to prevent and to a condensation of analysis gas components and a To avoid falsification of the measurement result.
  • the object of the present invention is, to a large extent Avoiding the disadvantages described above, the heat transfer between the pump head and the crank mechanism, in particular the Reduce connecting rod bearings.
  • Cooling fins provided as surface enlargement are those in the connecting rod, the crank-close Pleuelkopf are arranged, and that at least one Through hole to reduce the thermal conductivity and / or for dissipating the heat to the adjacent arranged cooling fins in the area between the cooling fins and the connecting rod bearing is provided.
  • Sample gas pump are in the range between the Cooling fins and the connecting rod bearing also a through hole or multiple through holes to reduce the thermal conductivity and / or for dissipating the heat to the adjacent ones arranged cooling fins provided.
  • the thermally conductive cross-sectional area reduced and on the other hand can through the holes an air circulation and thus a Heat dissipation can be achieved.
  • a targeted leadership favoring the heat towards the cooling fins.
  • the cooling through the cooling fins is through the crank or Eccentric movement particularly effective, so that in particular despite high temperatures in the region of the connecting rod head practically no increased temperature load of the Pleuellagers and its environment occurs.
  • adjacent through holes are at 90 ° C to each other circumferentially offset and preferably have a center distance less than the diameter.
  • the connecting rod is made of steel, in particular made of stainless steel.
  • Stainless steel has compared to the otherwise most used Aluminum for the connecting rod has the advantage of lower Thermal conductivity with good strength properties.
  • the measures according to one or more of claims 1 to 4 are preferably provided in a Meßgaspumpe, the one has at least the pump head cross-thermal insulation, the heat insulation essentially by a Insulating housing is formed, the inner wall of the formation a gas insulation layer is spaced from the pump head. Due to the effective isolation of the pump head can be practical no heat escape, so that in this case the invention Measures to reduce the heat conduction in the direction Rod bearing and crank mechanism is of particular importance.
  • a sample gas pump 1 shown in Fig. 1 has a pump housing 2 with a pump chamber 3 located therein, on the one hand from a pump head cover 4 and on the other hand of a Working diaphragm 5 and a connecting rod 6 is completed.
  • the working diaphragm 5 is on the outside edge between the pump head cover 4 and an annular housing part 7 and centrally clamped at the connecting rod 6 and one with the connecting rod 6 connected connecting rod 8 connected to a crank mechanism 9.
  • the sample gas pump is a heated pump, the Having a heater in the pump head 10.
  • This can be the Pump head, if necessary, be heated to several 100 ° C.
  • cooling ribs 12 For heat radiation, an increase in surface area is provided by cooling ribs 12, at least in the crank drive-near region, which are arranged in the exemplary embodiment in the conical transition region of the connecting rod crank-near.
  • an effective heat radiation is achieved in this area, and this can still be supported by preferably one or more further through holes 11a are provided between the cooling fins 12 and the connecting rod bearing.
  • the through holes 11a are arranged so that a heat transfer to the adjacent cooling fins and there is a heat radiation, as indicated by the arrows in Figure 1.
  • the measures described above for reducing the heat transfer from the pump head to the crank mechanism, are particularly effective advantageous in a Meßgaspumpe, which at least one Pump head has comprehensive thermal insulation, wherein the Heat insulation essentially by an insulating housing thirteenth is formed, the inner wall to form a gas insulation layer 14 is spaced from the pump head 10.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßgaspumpe mit einem Pumpengehäuse, einem darin befindlichen Pumpenraum, der von einer Arbeitsmembran abgeschlossenen ist, die über einen Pleuel mit einem Kurbeltrieb in Antriebsverbindung steht, sowie mit einer im oberen Bereich des Pumpengehäuses vorgesehenen Heizeinrichtung, wobei im Antriebs-Übertragungsbereich zwischen membranseitigem Pleuelkopf und Kurbeltrieb, zur Reduzierung der Wärmeübertragung auf den Kurbeltrieb, die Wärmeleitfähigkeit reduzierende, in Pleuellängssrichtung beabstandete und in Umfangsrichtung versetzte Durchgangslöcher vorgesehen sind.
Aus der US-A-4 790 730 ist bereits eine Meßgaspumpe der eingangs erwähnten Art zum Fördern heißer Meßgase bekannt, deren einen Pumpenraum abschließende Arbeitsmembran über einen Pleuel mit einem Kurbeltrieb in Antriebsverbindung steht. Bei der aus US-A-4 790 730 vorbekannten Pumpe ist im oberen Bereich des Pumpengehäuses eine Heizeinrichtung vorgesehen. Mit Hilfe dieser Heizeinrichtung sollen die Bereiche, die mit dem zu messenden Gas in Verbindung kommen, auf der etwa durch die Entnahmestelle des zu messenden Gases vorgegebenen Temperatur gehalten werden, um ein Absinken der Temperatur des zu messenden Gases im Bereich des Pumpenraumes zu verhindern und um eine Kondensation von Analysegasbestandteilen und ein Verfälschen des Messergebnisses zu vermeiden.
In der US-A-4 790 730 ist daher vorgesehen, daß zur Reduzierung der Wärmeübertragung auf den Kurbeltrieb im Antriebs-Übertragungsbereich zwischen membranseitigem Pleuelkopf und Kurbeltrieb, die Wärmeleitfähigkeit reduzierende, in Pleuellängsrichtung beabstandete und in Umfangsrichtung versetzte Durchgangslöcher vorgesehen sind. Gleichzeitig weist jedoch das Pleuel im Bereich dieser Durchgangslöcher einen größeren Pleuelquerschnitt auf, wodurch wiederum der Wärmewiderstand in unerwünschter Weise reduziert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter weitgehender Vermeidung der vorbeschriebenen Nachteile, die Wärmeübertragung zwischen dem Pumpenkopf und dem Kurbeltrieb, insbesondere dem Pleuellager zu reduzieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß zur Wärmeabstrahlung Kühlrippen als Oberflächenvergrößerung vorgesehen sind, die in dem die Pleuelstange aufnehmenden, Kurbeltrieb-nahen Pleuelkopf angeordnet sind, und daß zumindest ein Durchgangsloch zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit und/oder zur Ableitung der Wärme zu den benachbart angeordneten Kühlrippen im Bereich zwischen den Kühlrippen und dem Pleuellager vorgesehen ist.
Die Kombination dieser einfach zur realisierenden Maßnahmen führt zur einer wirksamen Reduzierung der Temperatur des Pleuellagers mit der Folge einer entsprechenden Verlängerung der Lebensdauer. Im Kurbeltrieb-nahen Pleuelkopf der erfindungsgemäßen Messgaspumpe sind im Bereich zwischen den Kühlrippen und dem Pleuellager ebenfalls ein Durchgangsloch oder mehrere Durchgangslöcher zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit und/oder zur Ableitung der Wärme zu den benachbart angeordneten Kühlrippen vorgesehen. Damit wird einerseits die wärmeleitende Querschnittsfläche reduziert und andererseits kann durch die Löcher eine Luftzirkulation und damit eine Wärmeabfuhr erreicht werden. Außerdem ist eine gezielte Führung der Wärme zu den Kühlrippen hin begünstig.
Die Kühlung durch die Kühlrippen ist durch die Kurbel- oder Exzenterbewegung besonders wirksam, so daß insbesondere trotz hoher Temperaturen im Bereich des Pleuelkopfes praktisch keine erhöhte Temperaturbelastung des Pleuellagers und dessen Umgebung auftritt.
Die seitlich beabstandeten und in Umfangsrichtung versetzten Durchgangslöcher vermindern den wärmeübertragenden Querschnitt des Pleuels, - reduzieren durch den Längsversatz der Löcher die Festigkeit aber nur unwesentlich. Die am Kurbeltrieb-nahen Ende des Pleuels noch anfallende Wärme kann schließlich wirksam über dort die dort zur Oberflächenvergrößerung vorgesehenen Kühlrippen an die Umgebung abgeführt werden.
Vorzugsweise sind benachbarte Durchgangslöcher um 90 °C zueinander umfangsversetzt und weisen vorzugsweise einen Mittelabstand von weniger als dem Durchmesser auf. Durch diesen Seitenversatz der Löcher in Längsrichtung des Pleuels greifen die Löcher zwar ineinander und ergeben dadurch eine besonders gute Durchlüftung und Kühlung auch in diesem Bereich, die Festigkeit des Pleuels bleibt aber weitestgehend erhalten.
Vorteilhafterweise besteht der Pleuel aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl. Edelstahl hat gegenüber dem sonst meist verwendeten Aluminium für den Pleuel den Vorteil der geringeren Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig guten Festigkeitseigenschaften.
Die Maßnahmen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 sind bevorzugt vorgesehen bei einer Meßgaspumpe, die eine zumindest den Pumpenkopf übergreifende Wärmeisolierung aufweist, wobei die Wärmeisolierung im wesentlichen durch ein Isolationsgehäuse gebildet ist, dessen Innenwand zur Bildung einer Gasisolationsschicht zu dem Pumpenkopf beabstandet ist. Durch die wirksame Isolierung des Pumpenkopfes kann praktisch keine Wärme austreten, so daß hierbei den erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Reduzierung der Wärmeweiterleitung in Richtung Pleuellager und Kurbeltrieb besondere Bedeutung zukommt.
Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten noch näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1
eine Längsschnittdarstellung einer Meßgaspumpe,
Fig. 2
einen Teilausschnitt eines Pleuels und
Fig. 3
eine Querschnittdarstellung eines Pleuels im Bereich einer Durchgangslochung.
Eine in Fig. 1 gezeigte Meßgaspumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 mit einem darin befindlichen Pumpenraum 3 auf, der einerseits von einem Pumpenkopfdeckel 4 und andererseits von einer Arbeitsmembrane 5 sowie einem Pleuelkopf 6 abgeschlossen ist. Die Arbeitsmembrane 5 ist außenrandseitig zwischen dem Pumpenkopfdeckel 4 und einem ringförmigen Gehäuseteil 7 sowie zentral beim Pleuelkopf 6 eingespannt und über einen mit dem Pleuelkopf 6 verbundenen Pleuel 8 mit einem Kurbeltrieb 9 verbunden.
Bei der Meßgaspumpe handelt es sich um eine beheizte Pumpe, die im Pumpenkopf 10 eine Heizeinrichtung aufweist. Damit kann der Pumpenkopf bedarfsweise auf mehrere 100 °C aufgeheizt werden. Um zu verhindern, daß eine Wärmeübertragung von dem Pumpenkopf 10 auf den Kurbeltrieb 9 in einem für das Pleuellager schädlichen Maß auftritt, sind im Bereich der Antriebs-Übertragung Maßnahmen zur Reduzierung der Wärmeübertragung auf den Kurbeltrieb 9 vorgesehen.
Zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit sind in Pleuellängsrichtung beabstandete und in Umfangsrichtung versetzte Durchgangslöcher 11 vorgesehen. Wie in der vergrößerten Darstellung gemäß Fig. 2 deutlich erkennbar ist, sind benachbarte Durchgangslöcher 11 um 90° zueinander umfangsversetzt und weisen einen Mittenabstand von weniger als dem Lochdurchmesser auf. Die Lochkanäle sind somit verbunden. Dadurch ist einerseits die Wärmeleitfähigkeit des Pleuels 8 verringert und die Durchgangslöcher 11 begünstigen darüber hinaus eine gute Durchlüftung und damit Wärmeabfuhr. Durch den Versatz der Durchgangslöcher 11 und die Verbindung ihrer Kanäle ergeben sich trotz der erzielten Wärmeleitfähigkeits-Reduzierung und der erhöhten Wärmeabstrahlung noch gute Festigkeitswerte.
Im Ausführungsbeispiel sind zwei benachbarte Durchgangslöcher 11 vorgesehen. Je nach Länge des Pleuels können aber auch mehr als zwei Durchgangslöcher 11 vorgesehen sein.
Zur Wärmeabstrahlung ist zumindest im kurbeltrieb-nahen Bereich eine Oberflächenvergrößerung durch Kühlrippen 12 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel in dem konischen Übergangsbereich des Kurbeltrieb-nahen Pleuelkopfes angeordnet sind. Damit wird eine wirksame Wärmeabstrahlung in diesem Bereich erzielt, wobei dies noch unterstützt werden kann, indem vorzugsweise zwischen den Kühlrippen 12 und dem Pleuellager ein oder mehrere, weitere Durchgangslöcher 11a vorgesehen sind. Die Durchgangslöcher 11a sind so angeordnet, daß auch eine Wärmeführung zu den benachbarten Kühlrippen und dort eine Wärmeabstrahlung erfolgt, wie dies durch die Pfeile in Fig.1 angedeutet ist.
Die Kombination aus reduzierter Wärmeleitfähigkeit einerseits und erhöhter Wärmeabstrahlmöglichkeit andererseits ergibt auf dem Wärmeübertragungsweg zwischen Pumpenkopf 10 und Kurbeltrieb 9 eine starke Temperaturabsenkung, so daß an dem Pleuellager trotz hoher Betriebstemperaturen im Bereich des Pumpenkopfes 10 nur noch übliche und für das Pleuellager unschädliche Betriebstemperaturen auftreten.
Die vorbeschriebenen Maßnahmen zur Reduzierung der Wärmeübertragung vom Pumpenkopf auf den Kurbeltrieb, wirken sich besonders vorteilhaft bei einer Meßgaspumpe aus, die eine zumindest den Pumpenkopf übergreifende Wärmeisolierung aufweist, wobei die Wärmeisolierung im wesentlichen durch ein Isolationsgehäuse 13 gebildet ist, dessen Innenwand zur Bildung einer Gasisolationsschicht 14 zu dem Pumpenkopf 10 beabstandet ist.

Claims (5)

  1. Messgaspumpe (1) mit einem Pumpengehäuse (2), mit einem darin befindlichen Pumpenraum (3), der von einer Arbeitsmembran (5) abgeschlossenen ist, die über einen Pleuel (8) mit einem Kurbeltrieb (9) in Antriebsverbindung steht, sowie mit einer im oberen Bereich des Pumpengehäuses (2) vorsehenen Heizeinrichtung, wobei im Antriebs-Übertragungsbereich zwischen membranseitigem Pleuelkopf (6) und Kurbeltrieb (9), zur Reduzierung der Wärmeübertragung auf den Kurbeltrieb (9), die Wärmeleitfähigkeit reduzierende, in Pleuellängsrichtung beabstandete und in Umfangsrichtung versetzte Durchgangslöcher (11) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmeabstrahlung Kühlrippen (12) als OberflächenVergrößerung vorgesehen sind, die in dem die Pleuelstange aufnehmenden, Kurbeltrieb-nahen Pleuelkopf (6) angeordnet sind, und daß zumindest ein Durchgangsloch (11) zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit und/oder zur Ableitung der Wärme zu den benachbart angeordneten Kühlrippen (12) im Bereich zwischen den Kühlrippen (12) und dem Pleuellager vorgesehen ist.
  2. Meßgaspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (12) im konischen Übergangsbereich des die Pleuelstange aufnehmenden, Kurbeltrieb-nahen Pleuelkopfs (6) angeordnet sind.
  3. Meßgaspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Durchgangslöcher (11) um 90° zueinander umfangsversetzt sind und vorzugsweise einen Mittelabstand von weniger als dem Durchmesser aufweisen.
  4. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuel (8) aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl, besteht.
  5. Meßgaspumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 vorgesehen sind bei einer Meßgaspumpe (1) die eine zumindest den Pumpenkopf übergreifende Wärmeisolierung aufweist, wobei die Wärmeisolierung im wesentlichen durch ein Isolationsgehäuse (13) gebildet ist, dessen Innenwand zur Bildung einer Gasisolationsschicht zu dem Pumpenkopf (10) beabstandet ist.
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