DE3526882A1

DE3526882A1 - Gas pump or compressor

Info

Publication number: DE3526882A1
Application number: DE19853526882
Authority: DE
Inventors: Otto Hayn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1987-01-29
Also published as: DE3526882C2

Abstract

A gas pump or a gas compressor having a linear drive which converts the rotary motion of the drive shaft into an exclusively reciprocating motion along two directions perpendicular to one another and transmits it to at least one tappet (6a), has a pump piston (21a, 21b) running in a cylinder (12, 13) whose bottom consists of a diaphragm (24) whose central part is linked in a pressure-tight manner with the piston rod (26) and whose perimeter is joined in a pressure-tight manner to the cylinder shell. This pump combines the advantages of a pure diaphragm pump and a pure piston pump, as it is gas-tight, it has a high pumping capacity and can be used for hot and/or aggressive fluids. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Gaspumpe oder einen Gasverdich ter, bestehend aus einer in einem Antriebsgehäuse aufgenom menen und gelagerten Antriebswelle, die einen Exzenterab schnitt hat, der mittig in einem Quader drehbar gelagert ist, der seinerseits in zwei zueinander rechtwinkeligen Richtungen linear verschiebbar gelagert und geführt ist und die Drehbewegung der Antriebswelle in eine ausschließ lich hin- und hergehende Bewegung längs dieser beiden Richtungen umsetzt und auf mindestens einen Stößel über trägt, der mit einem abgedichtet in einem Zylinder laufen den Pumpkolben kraftschlüssig verbunden ist.The invention relates to a gas pump or a gas compressor ter, consisting of a housed in a drive housing men and mounted drive shaft that an eccentric cut, which is rotatably mounted in the center of a cuboid which is itself in two perpendicular to each other Directions are linearly supported and guided and exclude the rotary motion of the drive shaft in one back and forth movement along these two Implemented directions and on at least one pestle wearing who runs with a sealed in a cylinder the pump piston is non-positively connected.

Eine derartige Pumpe ist aus der DE-OS 20 00 375 bekannt. Der hierbei verwirklichte Linearantrieb hat gegenüber dem im übrigen weit verbreiteten Antrieb über Kurbelwelle, Exzenter und Pleuel erhebliche Vorteile hinsichtlich Kom paktheit, Laufruhe und der Möglichkeit, bis zu vier gleich artige Pumpstufen in der gleichen Ebene um das Antriebs gehäuse herum anzuordnen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil kommt dann zum Tragen, wenn als Pumporgan nicht ein Kolben sondern eine Membran verwendet wird, denn diese führt keine Taumel- und Walkbewegung aus und unterliegt daher einer geringeren Beanspruchung und damit auch einer geringeren Eigenerwärmung als im Falle eines Antriebs über ein Pleuel, weshalb die bekannte Pumpe auch vorzugsweise als Membran pumpe ausgebildet ist.Such a pump is known from DE-OS 20 00 375. The linear drive realized here has compared to that also widely used crankshaft drive, Eccentrics and connecting rods have considerable advantages with regard to com Accuracy, smoothness and the possibility of up to four equal like pump stages in the same plane around the drive arrange housing around. Another major advantage comes into play when a piston is not the pump organ but a membrane is used, because this does not lead Wobble and flexing movement and is therefore subject to one less stress and therefore also less Self-heating than in the case of a drive via a connecting rod, which is why the known pump also preferably as a membrane pump is formed.

Für sehr heiße und/oder aggressive Fluide wie z. B. Autoab gase, die bei ca. 200° C in Meßeinrichtungen untersucht werden, ist eine derartige Membranpumpe allerdings nur be dingt geeignet, da auch die besten heute bekannten Membran werkstoffe sich dann thermisch und/oder chemisch zersetzen, abgesehen davon, daß sie die für die geforderte Pumpleistung notwendige Dauerfestigkeit nicht aufweisen. Es ist jedoch auch nicht ohne weiteres möglich, anstelle der Membran als Pumporgan einen Kolben einzusetzen, da gerade für solche "problematischen" Fluide häufig gefordert wird, daß die Pumpen völlig gasdicht sind.For very hot and / or aggressive fluids such as B. Autoab gases, which are examined at approx. 200 ° C in measuring equipment are, such a membrane pump is only be suitable because it is also the best membrane known today materials then decompose thermally and / or chemically, apart from the fact that they are the required pumping power do not have the necessary fatigue strength. However, it is also not readily possible instead of the membrane as Pumporgan to use a piston, especially for such "problematic" fluids are often required that the Pumps are completely gastight.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die bei ver besserter Förderleistung heiße und/oder aggressive Fluide gasdicht zu fördern vermag.The invention has for its object a pump to create the specified genus, which ver better delivery of hot and / or aggressive fluids gas-tight pumping.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zylinderboden aus einer Membran besteht, deren mittle rer Teil druckdicht zwischen zwei auf dem Stößel angeord neten Klemmplatten eingespannt und die an ihrem Umfang druckdicht mit dem Zylindermantel verbunden ist.This object is achieved in that the cylinder bottom consists of a membrane, the middle The other part is arranged pressure-tight between two on the ram Neten clamping plates clamped and on their circumference is connected pressure-tight to the cylinder jacket.

Die vorgeschlagene Pumpe ist also eine Kombination aus Kolben- und Membranpumpe mit einem Linearantrieb, wobei die Membran nicht mehr als Pumporgan wirkt sondern ledig lich zur Abdichtung des am Pumpvorgang nicht beteiligten, auf der Antriebsseite des Kolbens liegenden Zylinderraums dient. Dies ermöglicht es, den Kolben mit hinreichend hitzebeständigen Dichtungen zu versehen und im Dauerbe trieb ölfrei laufen zu lassen, wobei zwar Leckagen zwi schen den Kolbendichtungen und der Zylinderlaufbahn un vermeidlich sind, sich jedoch in kurzer Zeit in dem nicht am Pumpvorgang beteiligten, durch die Membran praktisch gasdicht verschlossenen Zylinderraum infolge dieser Lecka gen ein Druckpolster aufbaut, das dafür sorgt, daß die Pumpe insgesamt gesehen gasdicht ist. Da die Membran hierbei keine eigene Pumpleistung zu erbringen hat, ist ihre mechanische und thermische Beanspruchung vergleichs weise geringer als im Fall ihrer Verwendung als Pumporgan. Aus diesem Grund kann der Hub der Membran deutlich größer gewählt werden, so daß der in gleichem Maße vergrößerte Kolbenhub eine Erhöhung der Pumpleistung ergibt. Eine weitere Leistungssteigerung wird aus den gleichen Gründen dadurch erreicht, daß der nicht eingespannte Bereich der Membran zwischen deren Mittelteil und deren Umfang ver breitert werden kann, was wiederum einen noch stärker ver größerten Hub zuläßt.The proposed pump is therefore a combination of Piston and diaphragm pump with a linear drive, whereby the membrane no longer acts as a pump organ, but single Lich to seal that not involved in the pumping process, cylinder chamber on the drive side of the piston serves. This allows the piston to be sufficient to provide heat-resistant seals and in permanent use urged to run oil-free, although leakages between between the piston seals and the cylinder liner are avoidable, but not in a short time involved in the pumping process, practical through the membrane gas-tight sealed cylinder space as a result of this leakage builds up a pressure pad that ensures that the Overall, the pump is gas-tight. Because the membrane does not have to provide its own pumping power comparing their mechanical and thermal loads less than when used as a pump organ. For this reason, the stroke of the membrane can be significantly larger be selected so that the enlarged to the same extent Piston stroke results in an increase in pump performance. A further increase in performance is for the same reasons achieved in that the non-clamped area of Ver membrane between the middle part and the circumference can be widened, which in turn ver allows larger stroke.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Pumpe (oder des Verdichters) zeichnet sich dadurch aus, daß der Zylin der mit dem Antriebsgehäuse über mehrfach gelochte Distanz bolzen und der Stößel mit der den Zylinderboden bildenden Membran über eine mehrfach gelochte Stange verbunden sind, und daß zwischen dem Stößel und der Stange eine weitere Membran angeordnet ist, die an ihrem Umfang mit dem An triebsgehäuse verbunden ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer thermischen Trennung des Pumpenteils von dem Antriebsteil, was der Lebensdauer des letzteren zugute kommt. Überraschenderweise hat sich nämlich ge zeigt, daß die mehrfach, z. B. in Längsrichtung und in zwei aufeinander rechtwinklig stehenden Querrichtungen gelochten Distanzbolzen selbst bei einer Länge von nur 50 bis 100 Millimetern an ihrem mit dem Antriebsgehäuse verbundenen Ende nur etwa handwarm werden, wenn der Pumpenkopf sich auf ca. 200° C befindet. Bevorzugt wird diese Ausführungsform daher zum Pumpen von heißen Fluiden und/oder bei mittels elektrischer Heizpatronen beheiztem Pumpenkopf eingesetzt.A particularly preferred embodiment of the pump (or of the compressor) is characterized in that the cylin the distance with the drive housing over several holes bolt and the plunger with the one forming the cylinder bottom Membrane are connected by a multi-perforated rod, and that between the plunger and the rod another Membrane is arranged, which on its circumference with the An drive housing is connected. This embodiment has the advantage of thermal separation of the pump part from the drive part, which is the life of the latter benefits. Surprisingly, namely shows that the multiple, z. B. in the longitudinal direction and in two transverse directions perpendicular to each other perforated spacer even with a length of only 50 to 100 millimeters on your with the drive housing connected end only about lukewarm when the Pump head is at approx. 200 ° C. Is preferred this embodiment therefore for pumping hot fluids and / or when heated by means of electric heating cartridges Pump head inserted.

Eine fertigungstechnisch und unter Wartungsgesichtspunkten günstige Ausführungsform besteht darin, daß der Zylinder aus einem Zylindergehäuse und einer Laufbüchse besteht und daß die Membran an ihrem Umfang zwischen eine Schul ter des Zylindergehäuses und den Stirnrand der Laufbüchse eingeklemmt ist. A manufacturing technology and from a maintenance point of view favorable embodiment is that the cylinder consists of a cylinder housing and a liner and that the membrane at its periphery between a school ter of the cylinder housing and the front edge of the liner is jammed.

Eine beispielsweise gewählte Ausführungsform der Pumpe nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die in schematischer Vereinfachung einen Schnitt recht winklig zur Achse der Antriebswelle zeigt.An example of a selected embodiment of the pump according to the invention is shown in the drawing, the right in schematic simplification a cut shows at an angle to the axis of the drive shaft.

Die Pumpe besteht aus einem Antriebsgehäuse 1 und einem Pumpenkopf 2. In dem quadratischen Antriebsgehäuse 1 ist in in dem Schnitt nicht sichtbaren Lagern eine An triebswelle 2 mittig gelagert, die einen Exzenterabschnitt 3 hat, der in einem Wälzlager 4 aufgenommen ist. Das Wälz lager 4 sitzt in einem Quader 5, auf dessen vier in der Zeichnung sichtbaren Außen- bzw. Seitenflächen vier Stößel 6 a bis 6 d unter Zwischenschaltung von nur angedeute ten Rollenlagern derart gelagert sind, daß der Quader sich in zwei zueinander rechtwinkeligen Richtungen relativ ge genüber den Stößeln verschieben kann. Jeder der Stößel ist mit einer Membran 7 a bis 7 d verbunden, die an ihrem Umfang an dem Antriebsgehäuse 1 festgelegt ist. Die je weils einander gegenüberliegenden Stößel 6 a und 6 c bzw. 6 b und 6 d sind mittels Bügeln verbunden, von denen in der Figur nur der die Stößel 6 b und 6 d verbindende Bügel 8 a sichtbar ist. Diese Bügel sorgen dafür, daß die sich gegenüberliegenden Stößel sich im Gegentakt bewegen und daß das vorgegebene Lagerspiel für die zwischen den Stößelunterseiten und den Seitenflächen des Quaders 5 angeordneten Rollenlager eingehalten wird. Durch diese Konstruktion wird die Drehbewegung der Antriebswelle 2 in eine reine Linearbewegung längs zweier zueinander rechtwinkliger Achsen umgesetzt, mit der den vier Stößeln eine ausschließlich hin- und hergehende Bewegung erteilt wird.The pump consists of a drive housing 1 and a pump head 2 . In the square drive housing 1 is in the section not visible bearings to a drive shaft 2 centrally mounted, which has an eccentric section 3 , which is received in a roller bearing 4 . The rolling bearing 4 is seated in a cuboid 5 , on its four visible in the drawing outer or side surfaces four plungers 6 a to 6 d with the interposition of only indicated th roller bearings are stored so that the cuboid relative to each other in two directions perpendicular can move against the plungers. Each of the plungers is connected to a membrane 7 a to 7 d , which is fixed on its circumference to the drive housing 1 . The each opposing plunger 6 a and 6 c or 6 b and 6 d are connected by brackets, of which only the bracket 8 a connecting the plunger 6 b and 6 d is visible in the figure. These brackets ensure that the opposing plungers move in push-pull and that the predetermined bearing play is maintained for the roller bearings arranged between the underside of the plunger and the side surfaces of the cuboid 5 . This construction converts the rotary movement of the drive shaft 2 into a pure linear movement along two mutually perpendicular axes, with which the four plungers are given an exclusively reciprocating movement.

Im Ausführungsbeispiel ist nur auf eine der Seitenflä chen des Antriebsbehäuses 1 ein Pumpenkopf 2 aufgebaut. Weitere Pumpenköpfe können auf jede der drei anderen Seitenflächen aufgebaut werden. Die Membranen 7 a bis 7 d haben lediglich die Aufgabe, die zugehörigen Stößel zentrisch zu halten und zu führen. Daher sind die Mem branen 7 b bis 7 d durch Deckel 8 b bis 8 d festgelegt, die jeweils mit einer Ausnehmung versehen sind, deren Tiefe dem Stößelhub entspricht. Weiterhin weisen die Deckel Be- und Entlüftungsbohrungen auf, die vermeiden, daß sich in den Ausnehmungen ein Druck oder ein Vakuum aufbaut. Demgegenüber ist der Umfangsbereich der Membran 7 a an dem Antriebsgehäuse 1 durch einen Ring 10 festgelegt, der Stützen 11 trägt, die zur thermischen Trennung des Pumpenkopfes 2 von dem Antriebsgehäuse 1 in Längsrichtung und in zwei aufeinander rechtwinklig stehenden Querrich tungen mit zahlreichen Bohrungen versehen sind.In the exemplary embodiment, a pump head 2 is constructed only on one of the side surfaces of the drive housing 1 . Additional pump heads can be built on each of the three other side surfaces. The membranes 7 a to 7 d only have the task of holding and guiding the associated tappets centrally. Therefore, the mem branes 7 b to 7 d are fixed by covers 8 b to 8 d , each of which is provided with a recess whose depth corresponds to the ram stroke. Furthermore, the covers have ventilation bores which prevent pressure or a vacuum from building up in the recesses. In contrast, the peripheral region of the membrane 7 a is fixed to the drive housing 1 by a ring 10 which carries supports 11 which are provided with numerous bores for thermal separation of the pump head 2 from the drive housing 1 in the longitudinal direction and in two mutually perpendicular transverse directions.

Der Pumpenkopf 2 besteht aus einem Zylindergehäuse 12, das eine Laufbüchse 13 enthält und mit dem eine Ventil platte 14 sowie ein Zylinderkopf 15 über Bolzen 16 ver schraubt ist. Der Zylinderkopf 15 enthält einen Saug kanal 17, der gegenüber einem Ventil 19 in der Ventil platte 14 endet, sowie einen Druckkanal 19, der gegen über einem Ventil 20 endet. Der Zylinderkopf 15 und/oder das Zylindregehäuse 12 können außerdem in der Zeichnung nicht sichtbare Bohrungen zur Aufnahme von Heizpatronen enthalten.The pump head 2 consists of a cylinder housing 12 which contains a liner 13 and with which a valve plate 14 and a cylinder head 15 is screwed ver by bolts 16 . The cylinder head 15 contains a suction channel 17 , the plate 14 ends opposite a valve 19 in the valve, and a pressure channel 19 , which ends opposite a valve 20 . The cylinder head 15 and / or the cylinder housing 12 can also contain bores (not visible in the drawing) for receiving heating cartridges.

In der Zylinderlaufbüchse 13 ist ein Kolben angeordnet, der aus zwei miteinander verschraubten Platten 21 a und 21 b besteht, zwischen die zwei Dichtringe auf PTFE-Basis mit gegensinnig gerichteten Dichtlippen eingespannt sind. An der Kolbenunterseite sind zwei Klemmplatten 23 a und 23 b angeordnet, zwischen denen eine Membran 24 eingespannt ist, deren Umfang zwischen eine an dem Zylindergehäuse 12 aus gebildete Ringschulter und den unteren Stirnrand der Lauf büchse 13 druckdicht eingeklemmt ist. Der Oberrand der Laufbüchse 13 ist durch eine O-Ringdichtung 25 abgedichtet, die in einer Ringnut der Ventilplatte 14 liegt. Die aus dem Kolben 21 a, 21 b und der Membran 24 mit ihren Klemm platten 23 a und 23 b bestehende Einheit ist mit dem Stö ßel 6 a über eine Stange 26 kraftschlüssig verbunden, die gleichartig wie die Distanzbolzen 11 ausgebildet ist.In the cylinder liner 13 , a piston is arranged, which consists of two plates 21 a and 21 b screwed together, between which two PTFE-based sealing rings are clamped with oppositely directed sealing lips. On the underside of the piston, two clamping plates 23 a and 23 b are arranged, between which a membrane 24 is clamped, the circumference of which is clamped pressure-tight between an annular shoulder formed on the cylinder housing 12 and the lower end edge of the barrel 13 . The upper edge of the liner 13 is sealed by an O-ring seal 25 which lies in an annular groove in the valve plate 14 . The existing from the piston 21 a , 21 b and the membrane 24 with their clamping plates 23 a and 23 b unit is non-positively connected to the plunger 6 a via a rod 26 , which is constructed in the same way as the spacer bolts 11 .

Die beschriebene Pumpe vereinigt auf diese Weise die Vorteile einer Membranpumpe mit denjenigen einer Kolben pumpe.The pump described combines in this way Advantages of a diaphragm pump with those of a piston pump.

Claims

1.Gas pump or compressor, consisting of a drive shaft received and mounted in a drive housing, which has an eccentric section which is rotatably supported in the center of a cuboid, which in turn is linearly slidably supported and guided in two mutually perpendicular directions and the rotary movement converts the drive shaft into an exclusively reciprocating movement along these two directions and transmits it to at least one plunger which is non-positively connected to a pump piston running in a sealed manner in a cylinder, characterized in that the cylinder base consists of a membrane ( 24 ), whose middle part is pressure-tight between two clamping plates arranged on the tappet ( 23 a , 23 b ) and which is connected pressure-tight on its circumference to the cylinder jacket ( 13 ).

2. Pump or compressor according to claim 1, characterized in that the cylinder with the drive housing ( 1 ) via multi-perforated spacer bolts ( 11 ) and the plunger ( 6 a) with the cylinder bottom forming membrane ( 24 ) via a multi-perforated Rod ( 26 ) are connected, and that between the plunger ( 6 a) and the rod ( 26 ) a further membrane ( 7 a) is arranged, which is connected to its periphery with the drive housing ( 1 ).

3. Pump or compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the cylinder consists of a cylinder housing ( 12 ) and a liner ( 13 ) and that the membrane ( 24 ) on its periphery between a shoulder of the cylinder housing ( 12 ) and the front edge of the barrel ( 13 ) is clamped.