DE10019725C1 - Meßgaspumpe - Google Patents
MeßgaspumpeInfo
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Abstract
Eine Meßgaspumpe (1) weist ein Pumpengehäuse (2) mit einem darin befindlichen Pumpenraum (3) auf, der von einer Arbeitsmembran (5) abgeschlossen ist. Die Membrane (5) ist über einen Pleuel (8) oder dergleichen Huborgan mit einem Kurbeltrieb (9) verbunden. Im oberen Bereich des Pumpengehäuses, insbesondere im Pumpenkopf (10), ist eine Heizeinrichtung vorgesehen. DOLLAR A Eine zumindest den Pumpenkopf übergreifende Wärmeisolierung ist im wesentlichen durch ein Isolationsgehäuse (13) gebildet, dessen Innenwand (15) zur Bildung einer Gasisolationsschicht (14) zu dem Pumpenkopf (10) beabstandet ist.
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 oder
dergleichen Huborgan mit einem Kurbeltrieb in Antriebsverbindung
steht, wobei im oberen Bereich des Pumpengehäuses, insbesondere
im Pumpenkopf eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, und wobei eine
zumindest den Pumpenkopf übergreifende Wärmeisolierung vorgesehen
ist.
Solche Pumpen dienen zum Fördern heißer Meßgase, deren Temperatur
möglichst im Entnahme-Zustand erhalten bleiben soll. Eine
Kondensation von Analysegasbestandteilen und ein Verfälschen des
Meßergebnisses sollen vermieden werden. Um bei solchen Heißgaspumpen
die Bereiche, die mit dem zu messenden Gas in Verbindung kommen,
auf der etwa durch die Entnahmestelle des zu messenden Gases
vorgegebenen Temperatur zu halten, ist im Pumpenkopf eine Heizung
vorgesehen, um ein Absinken der Temperatur des zu messenden Gases
im Bereich des Pumpraumes zu verhindern oder wenigstens vermindern.
Aus der DE 43 22 272 C2 ist es bekannt, eine den Pumpenkopf
umfassende, wärmeleitende Glocke oder eine wärmeleitend in Verbindung
stehende Isolierglocke vorzusehen. Damit ist zwar eine gewisse
Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung im Bereich des
Pumpenkopfes erzielbar, jedoch ergibt sich immer noch eine
vergleichsweise hohe Wärmeabstrahlung und damit entsprechende
Verluste.
Aus der DE 35 26 882 A1 ist bereits eine Gaspumpe bekannt, welche
die Vorteile einer reinen Membranpumpe mit den Vorzügen einer reinen
Kolbenpumpe verbinden soll. Die vorbekannte Gaspumpe weist dazu
eine in einem Zylinder linear oszillierenden Pumpkolben auf, dessen
Boden aus einer Membran besteht, deren mittlerer Teil druckdicht
mit der Kolbenstange und deren Umfang druckdicht mit dem Zylinderman
tel verbunden ist. Um den mit einer elektrischen Heizpatrone
ausgestatteten Pumpenkopf dieser vorbekannten Gaspumpe vom
Antriebsteil thermisch zu trennen, und um somit eine höhere
Lebensdauer im Bereich des Antriebsteils zu erreichen, ist die
Kolbenstange mehrfach gelocht. Zwar ist bei der aus DE 35 26 882 A1
vorbekannten Gaspumpe eine thermische Entkopplung zwischen
Pumpenkopf und Antriebsteil vorgesehen, - nachteilig ist jedoch
auch hier die ungehinderte Wärmeabstrahlung und die ungleichmäßige
Temperaturverteilung im Bereich des Pumpenkopfes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Wärmeabstrahlung
vom Pumpenkopf nach außen weiter zu reduzieren und die gleichmäßige
Temperaturverteilung im Bereich des Pumpenkopfes zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Wärmeisolierung
im wesentlichen durch ein Isolationsgehäuse gebildet ist, dessen
Innenwand zur Bildung einer Gasisolationsschicht zu dem Pumpenkopf
beabstandet ist.
Der zwischen Pumpenkopf und der Innenseite des Isolationsgehäuses
gebildete Gas- bzw. Luftmantel bildet eine wirksame Zwischenisolier
schicht, durch die die Wärmeabstrahlung nach außen wesentlich
verringert ist. Außerdem ergibt sich durch diese effektivere
Isolierung eine verbesserte Wärmeverteilung im Bereich des
Pumpenkopfes.
Vorteilhafterweise weist die Innenwand des Isolationsgehäuses eine
wärmeisolierende Schicht, vorzugsweise aus Glasfasermaterial oder
dergleichen wärmefestem Material auf. Diese Schicht in Kombination
mit der Luft-Zwischenisolierschicht ergibt eine besonders gute
Wärmeisolation.
Um die Isolierwirkung noch weiter zu verbessern und damit die
unerwünschte Wärmeabstrahlung nach außen zu reduzieren, kann die
Innenwand des Isolationsgehäuses wärmestrahlen-reflektierend
ausgebildet sein, vorzugsweise durch eine hochglanzpolierte
Reflexionsschicht, insbesondere aus Edelstahl oder indem die
wärmeisolierende Schicht innenseitig eine solche Reflexionsschicht
trägt. Die Reflexionsschicht kann somit je nach Ausbildung des
Isolationsgehäuses entweder direkt innenseitig am Isolationsgehäuse
vorgesehen sein oder aber innenseitig an der gegebenenfalls
zusätzlich vorgesehenen Schicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß das Isolationsgehäuse
sandwichartig ausgebildet ist und innenseitig eine zum Pumpenkopf
auf Abstand gehaltene Metallhaube, vorzugsweise aus Edelstahl,
anschließend nach außen eine hitzebeständige Wärmeisolationsschicht
und als Außenschicht eine wärmeisolierende Schicht vorzugsweise
aus Kunststoff aufweist. Dieser Aufbau des Isolationsgehäuses ergibt
einerseits innenseitig eine gute Beständigkeit auch bei hohen
Betriebstemperaturen der Pumpe, sehr gute Isolationswerte und eine
gute Formstabilität.
Zweckmäßigerweise umschließt das Isolationsgehäuse zumindest den
Pumpenkopf allseitig, wobei Durchtrittsöffnungen zumindest für Druck-
und Saugzuleitungen sowie für den Pleuel vorgesehen sind. Damit
ist eine praktisch den Pumpenkopf umfassende Isolierung gebildet.
Durch die im Bereich des Pumpenkopfes vorgesehene Heizung ergibt
sich der unerwünschte Nebeneffekt, daß auch eine Erwärmung des
membranseitigen Pleuelkopfes und über den Pleuel eine Erwärmung
des Kurbeltriebs auftritt, wobei insbesondere das Pleuellager Schaden
nehmen kann. Gerade bei der besonders effektiven Isolierung des
Pumpenkopfes durch die Gasisolationsschicht tritt dieser Effekt
verstärkt in Erscheinung. Zur Reduzierung dieser Wärmeübertragung
von Pumpenkopf zum Kurbeltrieb sind im Antriebs-Übertragungsbereich
zwischen membranseitigem Pleuelkopf und Kurbeltrieb, einerseits
die Wärmeleitfähigkeit reduzierende, in Pleuellängsrichtung
beabstandete und in Umfangsrichtung versetzte Durchgangslöcher und
andererseits zur Wärmeabstrahlung zumindest im Kurbeltrieb-nahen
Bereich eine Oberflächenvergrößerung vorgesehen.
Die Kombination dieser einfach zur realisierenden Maßnahmen führt
zur einer wirksamen Reduzierung der Temperatur des Pleuellagers
mit der Folge einer entsprechenden Verlängerung der Lebensdauer.
Die seitlich beabstandeten und in Umfangsrichtung versetzten
Durchgangslöcher reduzieren den wärmeübertragenden Querschnitt des
Pleuels, reduzieren durch den Längsversatz der Löcher die Festigkeit
aber nur unwesentlich. Am Kurbeltrieb-nahen Ende des Pleuels noch
anfallende Wärme kann schließlich wirksam durch die dort vorgesehene
Oberflächenvergrößerung an die Umgebung abgeführt werden.
Dabei sind als Oberflächenvergrößerung zweckmäßigerweise Kühlrippen
vorgesehen, die in dem die Pleuelstange aufnehmenden, Kurbeltrieb
nahen Pleuelkopf, insbesondere in dessen konischem Übergangsbereich
angeordnet sind. 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.
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.
Gegebenenfalls können im Kurbeltrieb-nahen Pleuelkopf, vorzugsweise
im Bereich zwischen den Kühlrippen und dem Pleuellager, eine oder
mehrere Durchgangslöcher zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit
und/oder zur Ableitung der Wärme insbesondere zu den benachbart
angeordneten Kühlrippen vorgesehen sind. Damit wird einerseits die
wärmeleitende Querschnittsfläche reduziert und andererseits kann
durch die Löcher auch eine Luftzirkulation und damit eine Wärmeabfuhr
erreicht werden. Außerdem ist eine gezielte Führung der Wärme zu
den Kühlrippen hin begünstigt.
Vorteilhafterweise besteht der Pleuel aus Stahl, insbesondere aus
Edelstahl. Edelstahl hat gegenüber dem sonst meist verwendeten
Aluminium für den Pleuel den Vorteil der geringeren Wärmeleitfähig
keit bei gleichzeitig guten Festigkeitseigenschaften.
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.
Zur Wärmeisolierung ist ein Isolationsgehäuse 13 vorgesehen, dessen
Innenwand 15 zur Bildung einer Gasisolationsschicht 14 zu dem
Pumpenkopf 10 beabstandet ist.
Im Ausführungsbeispiel ist die Innenwand des Isolationsgehäuses
13 zusätzlich mit einer hitzebeständigen Wärmeisolationsschicht
16, vorzugsweise aus Glasfasermaterial, versehen, deren Innenseite
die zum Pumpenkopf beabstandete Innenwand 15 bildet.
Diese Innenwand 15 des Isolationsgehäuses ist mit einer wärmestrah
lenreflektierenden Reflexionsschicht versehen, um die Isolation
insgesamt noch zu verbessern.
Die Reflexionsschicht ist insbesondere durch eine hochglanzpolierte
Reflexionsschicht, vorzugsweise aus Edelstahl gebildet. Ist keine
Schicht 16 vorgesehen, so kann die Reflexionsschicht auch direkt
auf der Innenseite des Isolationsgehäuses 13 aufgebracht sein.
Es besteht auch die Möglichkeit, daß das Isolationsgehäuse 13
sandwichartig ausgebildet ist und innenseitig eine zum Pumpenkopf
6 auf Abstand gehaltene Metallhaube, vorzugsweise aus Edelstahl,
anschließend nach außen eine hitzebeständige Wärmeisolationsschicht
16 und als Außenschicht eine wärmeisolierende Kunststoffschicht,
die dann die äußere Haube des Isolationsgehäuses 13 bildet, aufweist.
Wie gut in Fig. 1 erkennbar, umschließt das Isolationsgehäuse
zumindest den Pumpenkopf allseitig, wobei Durchtrittsöffnungen
zumindest für Druck- und Saugzuleitungen sowie für den Pleuel 8
vorgesehen sind.
Um zu verhindern, daß eine Wärmeübertragung von dem Pumpenkopf 10
auf den Kurbeltrieb 9 über den Pleuel 8 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.
Claims (10)
1. Meßgaspumpe mit einem Pumpengehäuse, einem darin befindlichen
Pumpenraum, der von einer Arbeitsmembran abgeschlossenen ist,
die über einen Pleuel oder dergleichen Huborgan mit einem
Kurbeltrieb in Antriebsverbindung steht, wobei im oberen
Bereich des Pumpengehäuses, insbesondere im Pumpenkopf eine
Heizeinrichtung vorgesehen ist, und wobei eine zumindest den
Pumpenkopf übergreifende Wärmeisolierung vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung im wesentlichen
durch ein Isolationsgehäuse (13) gebildet ist, dessen Innenwand
(15) zur Bildung einer Gasisolationsschicht (14) zu dem
Pumpenkopf (8) beabstandet ist.
2. Meßgaspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Innenwand (15) des Isolationsgehäuses (13) eine wärmeisolieren
de Schicht (16), vorzugsweise aus Glasfasermaterial oder
dergleichen wärmefestem Material aufweist.
3. Meßgaspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenwand (15) des Isolationsgehäuses (13) wärmestrah
lenreflektierend ausgebildet ist, vorzugsweise durch eine
hochglanzpolierte Reflexionsschicht (17), insbesondere aus
Edelstahl oder daß die wärmeisolierende Schicht (16) innensei
tig eine solche Reflexionsschicht (17) trägt.
4. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Isolationsgehäuse (13) sandwichartig
ausgebildet ist und innenseitig eine zum Pumpenkopf (6) auf
Abstand gehaltene Metallhaube, vorzugsweise aus Edelstahl,
anschließend nach außen eine hitzebeständige Wärmeisolations
schicht(16) und als Außenschicht eine wärmeisolierende Schicht
vorzugsweise aus Kunststoff aufweist.
5. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Isolationsgehäuse (13) zumindest den
Pumpenkopf (10) allseitig umschließt und daß Durchtrittsöff
nungen zumindest für Druck- und Saugzuleitungen sowie für den
Pleuel (8) vorgesehen sind.
6. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß im Antriebs-Übertragungsbereich zwischen
membranseitigem Pleuelkopf (6) und Kurbeltrieb (9), zur
Reduzierung der Wärmeübertragung auf den Kurbeltrieb,
einerseits die Wärmeleitfähigkeit reduzierende, in Pleuellängs
richtung beabstandete und in Umfangsrichtung versetzte
Durchgangslöcher (11, 11a) und andererseits zur Wärmeabstrahlung
zumindest im Kurbeltrieb-nahen Bereich eine Oberflächenver
größerung (12) vorgesehen sind.
7. Meßgaspumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
benachbarte Durchgangslöcher (11) um 90° zueinander umfangs
versetzt sind und vorzugsweise einen Mittelabstand von weniger
als dem Durchmesser aufweisen.
8. Meßgaspumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß als Oberflächenvergrößerung Kühlrippen (12) vorgesehen
sind, die in dem die Pleuelstange aufnehmenden, Kurbeltrieb
nahen Pleuelkopf, insbesondere in dessen konischem Übergangs
bereich angeordnet sind.
9. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß vorzugsweise im Bereich zwischen den
Kühlrippen (12) und dem Pleuellager, im Kurbeltrieb-nahen
Pleuelkopf eine oder mehrere Durchgangslöcher (11a) zur
Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit und/oder zur Ableitung der
Wärme insbesondere zu den benachbart angeordneten Kühlrippen
vorgesehen sind.
10. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Pleuel (8) aus Stahl, insbesondere
aus Edelstahl besteht.
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