DE19955688A1 - Piston vacuum pump comprises a piston and a connecting rod which are joined to one another by means of an elastic unit - Google Patents
Piston vacuum pump comprises a piston and a connecting rod which are joined to one another by means of an elastic unitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Vakuumpumpe mit mindestens einem Kolben, der von einer Pleuelstange angetrieben wird.The invention relates to a piston vacuum pump with at least a piston that is driven by a connecting rod.
Kolben-Vakuumpumpen haben Kolben, die jeweils über eine Pleuelstange angetrieben sind. Solche Kolben-Vakuumpumpen sind beschrieben in EP 0 280 264 und DE 196 34 519 A1. Bei diesen Pumpen werden üblicherweise Wälz- oder Gleitlager zur Lagerung der Pleuelstange im Kolben eingesetzt. Diese Lager sind starr mit dem Kolben und der Pleuelstange verbunden.Piston vacuum pumps have pistons, each with a Connecting rod are driven. Such piston vacuum pumps are described in EP 0 280 264 and DE 196 34 519 A1. With these Pumps are usually roller or plain bearings for storage the connecting rod in the piston. These camps are rigid connected to the piston and the connecting rod.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben- Vakuumpumpe mit und schallarmem Betrieb zu schaffen und die Belastung der Pumpenlager zu reduzieren.The invention has for its object a piston To create vacuum pump with and low-noise operation and the To reduce the load on the pump bearings.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach sind der Kolben und die Pleuelstange durch eine elastische Vorrichtung verbunden. Diese elastische Vorrichtung dämpft Schläge, die durch das Lagerspiel und den Kraftrichtungswechsel hervorgerufen werden, und verhindert, dass Körperschall, der durch Schläge, welche durch Lagerspiel und Wechsel der Kraftrichtung erzeugt werden, aus dem Kurbeltrieb über das Lager direkt an den Kolben und an die Gehäuseaußenwände weitergeleitet wird. Außerdem führen Kraftrichtungswechsel zu einem schlagartigen Wechsel der geführten Kolbenseite. Während eine relativ starre Verbindung des Kolbens mit der Pleuelstange besonders starke Stöße zur Folge hat, werden gemäß der vorliegenden Erfindung diese Stöße durch die elastische Vorrichtung abgefangen bzw. gedämpft. Das führt insbesondere bei kleinen trockenlaufenden Kolben-Vakuumpumpen zu einer deutlichen Verminderung des Geräuschspektrums. Die genannte Geräuschquelle fällt bei anderen mit Kurbelwellen versehenen Maschinen, wie Kompressoren und Motoren, gegenüber anderen Quellen kaum ins Gewicht. Bei ölgeschmierten Kolbenmaschinen dämpft außerdem der Schmierfilm die Körperschallübertragung. Ein solcher Schmierfilm ist bei trockenlaufenden Kolben- Vakuumpumpen nicht vorhanden.This object is achieved with the im Claim 1 specified features. After that are the Piston and connecting rod through an elastic device connected. This elastic device dampens shocks that through the bearing play and the change of force direction and prevents structure-borne noise, the through blows caused by bearing play and changing the Force direction are generated from the crank mechanism via the Bearings directly on the pistons and on the housing outer walls is forwarded. In addition, changes in force direction a sudden change of the guided piston side. While a relatively rigid connection between the piston and the connecting rod particularly strong impacts are, according to the present invention these bumps through the elastic Device intercepted or damped. That leads in particular with small dry-running piston vacuum pumps significant reduction in the noise spectrum. The said Noise source falls on others with crankshafts Machines, such as compressors and motors, compared to others Sources hardly weight. With oil-lubricated piston machines The lubricating film also dampens structure-borne noise. Such a lubricating film is with dry-running piston Vacuum pumps not available.
Durch die elastische Vorrichtung in der Verbindung zwischen Pleuelstange und Kolben wird der Schallpegel der Pumpe erheblich reduziert. Durch eine Verringerung der Schlagbeanspruchung des Kolbens ergibt sich eine erhöhte Lagerlebensdauer. Infolge des elastischen Ausgleichs von Form- und Lagetoleranzen werden die an die Bauteilgenauigkeit zu stellenden Ansprüche verringert. Die erfindungsgemäße Kolben vakuumpumpe ist robust, betriebssicher und unempfindlich gegenüber hohen Temperature n. Sie bewirkt eine sichere Übertragung relativ hoher periodisch wechselnder Kolbenkräfte und bewirkt einen nur geringen Eingriff in die angrenzenden Bauteile. Through the elastic device in the connection between The connecting rod and piston become the sound level of the pump significantly reduced. By reducing the Impact stress on the piston results in an increased Bearing life. Due to the elastic compensation of shape and position tolerances become the component accuracy lowering claims. The pistons according to the invention vacuum pump is robust, reliable and insensitive against high temperature n. It causes a safe Transmission of relatively high periodically changing piston forces and only slightly interferes with the adjacent ones Components.
Für die Realisierung der Erfindung bzw. die Anordnung und Gestaltung der elastischen Vorrichtung gibt es zahlreiche Möglichkeiten. So kann die elastische Vorrichtung so angeordnet sein, dass sie den Kolbenbolzen im Innern des Kolbens trägt, wobei auf dem Kolbenbolzen ein Kolbenlager der Pleuelstange sitzt. Hierbei können übliche Standardlager benutzt werden. Eine alternative Möglichkeit sieht vor, dass die elastische Vorrichtung im Verlauf der Pleuelstange angeordnet ist. Auch hier werden übliche Lager verwendet. Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die elastische Vorrichtung in das Kolbenlager der Pleuelstange integriert. Auch für diese letztgenannte Variante gibt es zahlreiche Ausführungsformen.For the implementation of the invention or the arrangement and There are numerous designs for the elastic device Possibilities. So the elastic device can be arranged be that it carries the piston pin inside the piston, a piston bearing of the connecting rod on the piston pin sits. Standard bearings can be used here. An alternative possibility is that the elastic Device is arranged in the course of the connecting rod. Also usual bearings are used here. According to a preferred Variant of the invention is the elastic device in the Piston bearing of the connecting rod integrated. For this too the latter variant there are numerous embodiments.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The following are exemplary embodiments of the invention Reference to the drawings explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Verbindung zwischen Kolben und Kolbenbolzen bei einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is a schematic representation of the connection between the piston and the piston pin in a first embodiment,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem die elastische Vorrichtung Bestandteil der Pleuelstange ist, Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment in which the elastic device is an integral part of the connecting rod,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels, bei dem die elastische Vorrichtung Bestandteil des Kolbens ist, Fig. 3 is a schematic representation of a third embodiment in which the elastic device is an integral part of the piston,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels, bei dem die elastische Vorrichtung Bestandteil des Kolbenlagers ist, Fig. 4 is a schematic representation of a fourth embodiment in which the elastic device is an integral part of the piston bearing,
Fig. 5 eine konstruktive Ausführung des Beispiels von Fig. 1, Fig. 5 is a constructional design of the example of Fig. 1,
Fig. 6 eine konstruktive Ausführung des Beispiels von Fig. 2, Fig. 6 is a constructional design of the example of Fig. 2,
Fig. 7 eine konstruktive Ausführung des Beispiels von Fig. 3 und Fig. 7 shows a constructive embodiment of the example of Fig. 3 and
Fig. 8-14 konstruktive Ausgestaltungen des Beispiels von Fig. 4. Fig. 8-14 constructive refinements of the example of Fig. 4.
Gemäß Fig. 1 ist der Kolben 10 einer Kolben/Vakuumpumpe mit einer Pleuelstange 11 über ein Kolbenlager 12 verbunden. Das Kolbenlager 12 befindet sich in dem hohlen Innenraum 13 des Kolbens 10. Der Kolben 10 weist eine im wesentlichen zylindrische Umfangswand 14 und eine, ebene Stirnwand 15 auf. Das der Stirnwand abgewandte Ende des Kolbens 10 ist offen. Durch dieses Ende ragt die Pleuelstange 11 hindurch. Mit dem Kolbenlager 12 ist die Pleuelstange 11 an dem Kolbenbolzen 16 gelagert, welcher parallel zu der Stirnwand 15 im Innenraum 13 verläuft. Der Kolbenbolzen 16 ist mit einer elastischen Vorrichtung EV, die im vorliegenden Fall aus zwei Elastomerkissen 17, 18 besteht, an der Stirnwand 15 abgestützt. Die Hauptwirkungsrichtung der elastischen Vorrichtung EV verläuft achsparallel zum Kolben 10. Die elastische Vorrichtung EV hat auch eine Dämpfungsfunktion. Sie eliminiert Vibrationen, Schläge und Stöße, die von der Pleuelstange 11 kommen, und verhindert deren Übertragung auf den Kolben 10. Andererseits verhindert sie auch die Übertragung von Schwingungen in umgekehrter Richtung. Referring to FIG. 1, the piston 10 is connected to a piston / vacuum pump with a connecting rod 11 via a piston bearing 12. The piston bearing 12 is located in the hollow interior 13 of the piston 10 . The piston 10 has an essentially cylindrical peripheral wall 14 and a flat end wall 15 . The end of the piston 10 facing away from the end wall is open. The connecting rod 11 projects through this end. With the piston bearing 12 , the connecting rod 11 is mounted on the piston pin 16 , which runs parallel to the end wall 15 in the interior 13 . The piston pin 16 is supported on the end wall 15 by an elastic device EV, which in the present case consists of two elastomer cushions 17 , 18 . The main direction of action of the elastic device EV is axially parallel to the piston 10 . The elastic device EV also has a damping function. It eliminates vibrations, impacts and shocks that come from the connecting rod 11 and prevents their transmission to the piston 10 . On the other hand, it also prevents the transmission of vibrations in the opposite direction.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist die elastische Vorrichtung EV in die Pleuelstange 11 integriert, und zwar am Übergang zwischen Pleuelstange 11 und Kolbenlager 12. Der Kolbenbolzen 16 ist starr mit der Stirnwand 15 oder der Umfangswand des Kolbens 10 verbunden.In the embodiment of FIG. 2, the elastic device EV is integrated in the connecting rod 11 , specifically at the transition between the connecting rod 11 and the piston bearing 12 . The piston pin 16 is rigidly connected to the end wall 15 or the peripheral wall of the piston 10 .
Gemäß Fig. 3 ist der Kolbenbolzen 16 mit einer elastischen Vorrichtung EV an dem Kolben 10 gelagert. Im Gegensatz zu Fig. 1 befindet sich die elastische Vorrichtung EV im Bereich der Umfangswand 14 des Kolbens.According to Fig. 3 the piston pin 16 is mounted with an elastic device EV to the piston 10. In contrast to FIG. 1, the elastic device EV is located in the region of the peripheral wall 14 of the piston.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist die elastische Vorrichtung EV in das Kolbenlager 12 integriert, mit dem die Pleuelstange 11 an dem Kolbenbolzen 16 gelagert ist.In the embodiment of FIG. 4, the elastic device EV is integrated in the piston bearing 12 , with which the connecting rod 11 is mounted on the piston pin 16 .
Fig. 5 zeigt eine konstruktive Ausführung des Beispiels von Fig. 1 bei einer trockenlaufenden Vakuumpumpe. Das Kolbenlager 12 enthält ein Wälzlager 20, z. B. ein Nadellager, welches in einer Querbohrung des Kopfes der Kolbenstange 11 angeordnet ist und auf dem Kolbenbolzen 16 sitzt. Das Wälzlager 20 weist einen Außenring 21, einen Innenring 22 sowie Wälzkörper 23 auf. Der Kolbenbolzen 16 ist mit. Dämpfungsbolzen 24 und 25 an der Innenseite der Stirnwand 15 befestigt. Diese Dämpfungsbolzen enthalten die Elastomerkissen 17 und 18 und bilden die elastische Vorrichtung EV. Fig. 5 shows a constructive embodiment of the example of Fig. 1 in a dry-running vacuum pump. The piston bearing 12 contains a roller bearing 20 , for. B. a needle bearing, which is arranged in a transverse bore of the head of the piston rod 11 and sits on the piston pin 16 . The roller bearing 20 has an outer ring 21 , an inner ring 22 and rolling elements 23 . The piston pin 16 is with. Damping bolts 24 and 25 attached to the inside of the end wall 15 . These damping bolts contain the elastomer cushions 17 and 18 and form the elastic device EV.
In Fig. 6 ist die Realisierung des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 dargestellt. Auf dem Kolbenbolzen 16 sitzt das Kolbenlager 12, das in eine Querbohrung des Kopfes 26 der Pleuelstange 11 eingesetzt ist. Die elastische Vorrichtung EV ist in die Pleuelstange 11 integriert, und zwar unmittelbar angrenzend an das Kopfstück 26. Das Kopfstück 26 ist zu diesem Zweck mit einem Ansatz 27 versehen, welcher in eine gabelförmige Aufnahme 28 der Pleuelstange 11 eintaucht. FIG. 6 shows the implementation of the exemplary embodiment from FIG. 2. The piston bearing 12 sits on the piston pin 16 and is inserted into a transverse bore in the head 26 of the connecting rod 11 . The elastic device EV is integrated in the connecting rod 11 , directly adjacent to the head piece 26 . For this purpose, the head piece 26 is provided with a shoulder 27 which dips into a fork-shaped receptacle 28 of the connecting rod 11 .
Zwischen dem Ansatz 27 und den Wänden der Aufnahme 28 befinden sich Elastomerkissen 29, 30, die die elastische Vorrichtung EV bilden. Stöße, die in Längsrichtung der Pleuelstange 11 wirken, erzeugen an den Elastomerkissen 29, 30 Scherbeanspruchungen.Between the shoulder 27 and the walls of the receptacle 28 there are elastomeric cushions 29 , 30 which form the elastic device EV. Shocks that act in the longitudinal direction of the connecting rod 11 produce shear stresses on the elastomer cushions 29 , 30 .
Fig. 7 zeigt eine praktische Ausführung des Schemas von Fig. 3. Der Kolbenbolzen 16 ist hierbei in Querbohrungen der Umfangswand 14 abgestützt. In den Querbohrungen sitzt die elastische Vorrichtung EV in Form eines elastomeren Schlauchstücks 31, das das Ende des Kolbenbolzens 16 umgibt, oder einer Anordnung aus O-Ringen 32. Dadurch kann der Kolbenbolzen 16 sich quer zu seiner Achsrichtung in Grenzen bewegen, während die elastische Vorrichtung EV verformt wird. Dagegen ist die Kopplung zwischen Pleuelstange 11 und Kolbenbolzen 16 über das Kolbenlager 12 eine direkte Kopplung ohne dämpfende Elemente. Die Fig. 8 bis 13 zeigen verschiedene Varianten des Ausführungsbeispiels von Fig. 4. Fig. 7 shows a practical embodiment of the diagram of Fig. 3. The piston pin 16 is supported in transverse bores of the peripheral wall 14 . The elastic device EV is seated in the transverse bores in the form of an elastomeric tube piece 31 , which surrounds the end of the piston pin 16 , or an arrangement of O-rings 32 . As a result, the piston pin 16 can move within limits transversely to its axial direction while the elastic device EV is deformed. In contrast, the coupling between the connecting rod 11 and the piston pin 16 via the piston bearing 12 is a direct coupling without damping elements. Figs. 8 to 13 show different variants of the embodiment of Fig. 4.
Gemäß Fig. 8 ist in dem Kopf 26 der Pleuelstange 11 ein Wälzlager 20 montiert, in welchem der Kolbenbolzen 16 gelagert ist. Der Kolbenbolzen 16 ist mit abstehenden Auslegern 33 versehen, mit denen er an der Stirnwand 15 festgeschraubt ist. Ferner ist der Kolbenbolzen 16 mit zwei Umfangsnuten 34, 35 versehen, in denen jeweils einige O-Ringe 36 sitzen, welche die elastische Vorrichtung EV bilden. Der Kolbenbolzen 16 hat einen Durchmesser, der deutlich kleiner ist als der lichte Durchmesser des Innenringes des Wälzlagers 20, so dass der Kolbenbolzen sich relativ zu dem Wälzlager radial bewegen kann. Diese Radialbewegung wird durch die O-Ringe 36 abgefedert. According to Fig. 8 of the connecting rod 11 is mounted a roller bearing 20 in the head 26, which is mounted in the piston bolt 16. The piston pin 16 is provided with projecting arms 33 with which it is screwed onto the end wall 15 . Furthermore, the piston pin 16 is provided with two circumferential grooves 34 , 35 , in each of which a few O-rings 36 sit, which form the elastic device EV. The piston pin 16 has a diameter that is significantly smaller than the inside diameter of the inner ring of the roller bearing 20 , so that the piston pin can move radially relative to the roller bearing. This radial movement is cushioned by the O-rings 36 .
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich demjenigen von Fig. 8, wobei die elastische Vorrichtung EV aus einem Elastomerschlauch 38 besteht, welcher den Kolbenbolzen 16 umgibt und in dem Innenring 22 des Wälzlagers sitzt. Fig. 9 shows an embodiment similar to that of Fig. 8, wherein the elastic device EV consists of an elastomer hose 38 which surrounds the piston pin 16 and is seated in the inner ring 22 of the rolling bearing.
Gemäß Fig. 10 besteht die elastische Vorrichtung EV aus einem Elastomerring 39, der zwischen dem Innenring 22 des Wälzlagers und dem Kolbenbolzen 16 angeordnet und an diese beiden Teile anvulkanisiert ist.Referring to FIG. 10, the elastic device EV consists of an elastomer ring 39 which is disposed between the inner ring 22 of the rolling bearing and the piston pin 16 and vulcanized to these two parts.
Gemäß Fig. 11 besteht die elastische Vorrichtung EV aus gekammerten O-Ringen 40, die jeweils in einer Umfangsnut des Kolbenbolzens 16 angeordnet sind und aus dieser radial herausragen und die Abstützung des Innenrings 22 des Wälzlagers bewirken.Referring to FIG. 11, the elastic device consists of EV captive O-rings 40, which are each arranged in a circumferential groove of the piston pin 16 and radially projecting therefrom and the support of the inner ring 22 causing the rolling bearing.
Die Variante von Fig. 12 entspricht derjenigen von Fig. 9, mit dem Unterschied, dass der Kolbenbolzen 16 Abschnitte 41 verringerten. Durchmessers hat, die von dem Elastomerring 39 umgeben werden. Durch die Durchmesseränderungen kann die Federlinie des Elastomerschlauchs beeinflußt werden. Bei dieser Konstruktion trägt ein Teil des Elastomerschlauchs 38 ständig und ein anderer Teil trägt erst im Fall hoher Lasten, wodurch die Kennlinie steifer wird. Außerdem ist aus Fig. 12 zu ersehen, wie die Bauteile durch überstehende Ränder auf einfache Weise axial gesichert werden können.The variant of FIG. 12 corresponds to that of FIG. 9, with the difference that the piston pin 16 reduced sections 41 . Has diameter that are surrounded by the elastomer ring 39 . The spring line of the elastomer hose can be influenced by the changes in diameter. With this construction, one part of the elastomer hose 38 is constantly carrying and another part is only carrying in the case of high loads, which makes the characteristic curve stiffer. It can also be seen from FIG. 12 how the components can be axially secured in a simple manner by projecting edges.
Bei der Variante nach Fig. 13 ist die elastische Vorrichtung EV in Form eines Elastomerschlauchs 38 so vorgesehen, dass sie das Kolbenlager 12 umgibt. Die elastische Vorrichtuüg befindet sich somit zwischen dem Kolbenlager 12 und der Bohrung des Kopfstücks 26. In the variant according to FIG. 13, the elastic device EV is provided in the form of an elastomer hose 38 so that it surrounds the piston bearing 12 . The elastic device is thus located between the piston bearing 12 and the bore of the head piece 26 .
Wegen der Einbausituation in Vakuumpumpen kommen für die elastische Vorrichtung als Werkstoffe vor allem solche Elastomere in Betracht, die hohe Temperaturen zulassen. Dazu gehören besonders Fluorgummi FPM/FQM/FFKM (z. B. Viton), Acrylat-Kautschuk ACM und Silikongummi VMQ/FVMQ/PVMQ.Because of the installation situation in vacuum pumps come for the elastic device as materials especially such Consider elastomers that allow high temperatures. To belong especially to fluorine rubber FPM / FQM / FFKM (e.g. Viton), Acrylic rubber ACM and silicone rubber VMQ / FVMQ / PVMQ.
Silikongummi hat den besonderen Vorteil einer geringen inneren Dämpfung, so dass nur geringe zusätzliche Wärme, die durch periodische elastische Verformung des Werkstoffes entsteht, abgeführt werden muß und sich der Werkstoff nicht selbst schädigt. Silikonbauteile ändern ihre Eigenschaft und ihre Form in den beschriebenen Einbausituationen kaum, so dass sie sich hervorragend für diese Anwendung eignen.Silicone rubber has the particular advantage of a low inner Damping, so that only little additional heat through periodic elastic deformation of the material occurs, must be dissipated and the material is not itself harms. Silicone components change their properties and shape hardly in the described installation situations, so that they are excellent for this application.
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