EP0611888A1 - Handbetätigbare Vakuumpumpe - Google Patents

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EP0611888A1
EP0611888A1 EP94102265A EP94102265A EP0611888A1 EP 0611888 A1 EP0611888 A1 EP 0611888A1 EP 94102265 A EP94102265 A EP 94102265A EP 94102265 A EP94102265 A EP 94102265A EP 0611888 A1 EP0611888 A1 EP 0611888A1
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vacuum pump
chamber
piston
pump
pump according
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Andreas Becky
Gerald Heggl
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Zeo Tech Zeolith Technologie GmbH
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Zeo Tech Zeolith Technologie 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
    • F04B39/0005—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
    • F04B39/0016—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 with valve arranged in the piston
    • 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
    • F04B33/00—Pumps actuated by muscle power, e.g. for inflating
    • 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
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/14—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high vacuum

Definitions

  • the invention relates to a manually operated vacuum pump, in particular for pumping air out of smaller containers.
  • the object of the present invention is to show a hand-operated vacuum pump which is inexpensive, simple to use and easy to transport, and nevertheless achieves a final vacuum of ⁇ 600 Pa.
  • a two-stage compression is necessary to achieve the required final pressure.
  • a piston is moved within a pump housing in such a way that it separates two chamber volumes and at the same time their volume varies. With each piston stroke, the gas volume is transferred from the first chamber to the second chamber. It is particularly advantageous if a flow channel with a check valve is attached in the piston itself. During the subsequent return transport of the piston, the gas located in the second chamber is compressed and blown out, while gas is drawn in from an upstream recipient in the first chamber.
  • a piston rod In order to move the piston, a piston rod is necessary, which is passed through a chamber in a vacuum-tight manner. According to the invention, the piston rod is guided in the wall of the first chamber. This has the decisive advantage that when the suction line or the recipient is ventilated, the piston rod is drawn into the pump housing and is not catapulted out. Rapidly shooting out the pump rod could lead to dangerous injuries. If the piston rod were passed through the second chamber, the piston and piston rod would inevitably be pushed out of the housing when the vacuum was broken.
  • the pump according to the invention is particularly simple if smooth-running check valves are installed both at the inlet and at the outlet of the pump. It is important to ensure that as little dead volume as possible is required to open the valves.
  • the outlet opening of the pump has a connection option for pressure hoses.
  • the vacuum pump can also be used as a pressure pump.
  • the pump is also used as an air pump, e.g. B. for inflatable boats or bicycles. Due to this expanded area of application, the inevitably increased manufacturing effort compared to conventional pressure pumps is justifiable.
  • the piston is equipped with a valve which represents the connection from the first to the second chamber.
  • Check valves can also be used here.
  • O-ring which opens or closes the flow path depending on the direction of movement of the piston, has proven particularly useful.
  • the piston diameter can generally not be more than 50 mm.
  • the suction volume should be relatively large in order to sufficiently evacuate the container to be evacuated in the shortest possible time and with as few operations as possible. It is therefore advantageous to actuate the vacuum pump according to the invention by foot. Since a greater expenditure of force is possible here, a larger cross section of the piston can also be realized. With the same suction volume, the piston stroke becomes smaller.
  • the vacuum pump is used to evacuate sorption systems in which water is evaporated in a vacuum. Disruptive gases must be extracted from the vacuum pump.
  • Suitable sorption systems in particular sorbent containers and adapters, are known from German patent applications DE 4243816 and DE 4243817.
  • the left image of the schematic drawing shows how the piston rod is pressed into the pump housing in the direction of arrow A, while the right half shows how the piston rod is pulled out of the pump housing in the direction of arrow B.
  • the pump housing consists of a round tube 1, in which a piston 2 is guided through the piston rod 3. Both ends of the round tube 1 are closed in a vacuum-tight manner with caps 4, 5 and O-rings 6, 7.
  • the piston 2 separates the inner pump volume into two chambers I and II.
  • the chamber volume I increases while the chamber volume II decreases at the same time.
  • An O-ring 8 in the piston 2 bears against a sealing surface 9 of the piston 2, so that chambers I and II are fluidically separated from one another.
  • the chamber volume I is increased while the chamber volume II is reduced.
  • the intake valve 12 opens and releases the gas path C from a recipient, not shown, through an intake port 14, which contains a fine filter 15.
  • the gas in chamber II is compressed until the blow-out valve 13 opens and releases the pumped gas in the direction of arrow D.
  • the piston rod 3 is passed through the cover cap 5 and is also sealed by an O-ring 16.
  • a handle 17 is located at the outer end of the piston rod 3.

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Abstract

Vakuum-Pumpe mit einem Gehäuse, das zwei Pumpenkammern I, II beinhaltet, deren Volumen über einen verschiebbaren Kolben 2 verändert wird, wobei die zwei Pumpenkammern I, II strömungstechnisch so gestaltet sind, daß das zu fördernde Gas zweistufig komprimiert wird und wobei das Verhältnis von Kammervolumen zu Totvolumen so ausgelegt ist, daß ein Absolutdruck von < 600 Pa erreicht wird und wobei der Kolben 2 über eine Kolbenstange 3 verschiebbar ist, die durch eine Kammer hindurchgeführt ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine handbetätigbare Vakuumpumpe, insbesondere zum Abpumpen von Luft aus kleineren Behältern.
  • Bekannt sind elektrisch angetriebene Vakuumpumpen. Diese sind relativ teuer, schwer und ohne Stromanschluß nicht betreibbar.
  • Neben diesen elektrischen Pumpen gibt es handbetätigbare Pumpen für den Laborbetrieb. Derartige Pumpen arbeiten einstufig und erreichen ein Endvakuum von ca. 2000 Pa absolut.
  • Aus der DE 4138114 sind Sorptionskühlsysteme bekannt, die im Vakuum aus einer Wasservorlage Wasserdampf ansaugen und in einem Sorptionsstoff adsorbieren. Das verdampfende Wasser kühlt sich dadurch ab und gefriert sogar zu Eis. Damit sich Wasser auf 0 °C abkühlen kann, muß ein Vakuum von ca. 600 Pa herrschen. Das Gesamtsystem soll dabei schnell und einfach evakuierbar sein.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine handbetätigbare Vakuumpumpe aufzuzeigen, die kostengünstig, einfach im Gebrauch und leicht transportabel ist, und trotzdem ein Endvakuum von < 600 Pa erreicht.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine handbetätigbare Vakuumpumpe, gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.
  • Um den erforderlichen Enddruck zu erreichen, ist eine zweistufige Verdichtung notwendig. Erfindungsgemäß wird hierzu innerhalb eines Pumpengehäuses ein Kolben derart bewegt, daß er zwei Kammervolumen abtrennt und gleichzeitig deren Volumen variiert. Bei jedem Kolbenhub wird das Gasvolumen aus der ersten Kammer in die zweite Kammer überführt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn im Kolben selbst ein Strömungskanal mit Rückschlagventil angebracht ist. Beim folgenden Rücktransport des Kolbens, wird das in der zweiten Kammer befindliche Gas verdichtet und ausgeblasen während in der ersten Kammer Gas aus einem vorgelagerten Rezipienten angesaugt wird.
  • Um den Kolben zu bewegen, ist eine Kolbenstange notwendig, die durch eine Kammer vakuumdicht hindurchgeführt ist. Erfindungsgemäß wird die Kolbenstange in der Wandung der ersten Kammer geführt. Dies hat den entscheidenden Vorteil, daß bei Belüftung der Saugleitung oder des Rezipienten die Kolbenstange in das Pumpengehäuse hineingezogen und nicht herauskatapultiert wird. Ein schnelles Herausschießen der Pumpenstange könnte zu gefährlichen Verletzungen führen. Würde die Kolbenstange durch die zweite Kammer geführt, würde beim Brechen des Vakuums der Kolben samt Kolbenstange zwangsläufig aus dem Gehäuse gedrückt.
  • Da die erste Kammer den niedrigsten Druck aufweißt, muß besondere Sorgfalt auf die hermetische Abdichtung der Kolbenstange im Kammergehäuse gelegt werden. Vorteilhaft sind hierbei Dichtelemente, wie sie aus dem Stand der Technik, insbesondere bei Gasdruckfedern, bekannt sind.
  • Besonders einfach gestaltet sich die erfindungsgemäße Pumpe, wenn sowohl am Eingang als auch am Ausgang der Pumpe leichtgängige Rückschlagventile eingebaut sind. Dabei ist darauf zu achten, daß möglichst wenig Totvolumen für das Öffnen der Ventile notwendig ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Austrittsöffnung der Pumpe über eine Anschlußmöglichkeit für Druckschläuche verfügt. Dadurch kann die Vakuumpumpe auch als Druck-Pumpe eingesetzt werden. Besonders im Freizeit- und Campingbereich ist die Pumpe dann auch als Luft-Pumpe, z. B. für Schlauchboote oder Fahrräder, einsetzbar. Durch diesen erweiterten Einsatzbereich wird der gegenüber konventionellen Druck-Pumpen zwangsläufig erhöhte Fertigungsaufwand vertretbar.
  • Besonders wichtig ist es, die Ansaugöffnung der ersten Kammer mit einem Feinfilter auszustatten, welches einfach zu reinigen ist. Dieses Feinfilter verhindert, daß Partikel angesaugt werden, die sich in den Ventilen ablagern und ein reibungsloses Funktionieren erschweren.
  • Erfindungsgemäß wird der Kolben mit einem Ventil ausgestattet, welches die Verbindung von der ersten zur zweiten Kammer darstellt. Auch hier können Rückschlagventile eingesetzt werden. Besonders bewährt hat sich der Einsatz eines O-Ringes, welcher je nach Bewegungsrichtung des Kolbens den Strömungsweg freigibt oder verschließt.
  • Da die handbetätigte Vakuumpumpe einen relativ hohen Differenzdruck bewältigen muß, gleichzeitig aber der Kraftaufwand für den Benutzer nicht zu groß werden darf, kann der Kolbendurchmesser im Regelfall nicht mehr als 50 mm betragen. Andererseits sollte aber das Saugvolumen relativ groß sein, um den zu evakuierenden Behälter in möglichst kurzer Zeit und mit möglichst wenig Betätigungen ausreichend zu evakuieren. Vorteilhaft ist es deshalb, die erfindungsgemäße Vakuumpumpe per Fuß zu betätigen. Da hierbei ein größerer Kraftaufwand möglich ist, ist auch ein größerer Querschnitt des Kolbens realisierbar. Bei gleichem Saugvolumen wird dadurch der Kolbenhub kleiner.
  • Erfindungsgemäß wird die Vakuumpumpe zum Evakuieren von Sorptionssystemen benutzt, bei welchen im Vakuum Wasser zur Verdampfung gebracht wird. Dabei störende Gase müssen von der Vakuumpumpe absaugt werden. Geeignete Sorptionssysteme, insbesondere Sorptionsmittelbehälter und -adpater sind aus den Deutschen Patentanmeldungen DE 4243816 und DE 4243817 bekannt.
  • In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe während zweier Kolbenbewegungen dargestellt.
  • Das linke Bild der geschnitten dargestellten Schemazeichnung zeigt, wie die Kolbenstange in Pfeilrichtung A in das Pumpengehäuse eingedrückt wird, während die rechte Bildhälfte verdeutlicht, wie die Kolbenstange in Pfeilrichtung B aus dem Pumpengehäuse herausgezogen wird.
  • Das Pumpengehäuse besteht aus einem Rundrohr 1, in welchem ein Kolben 2 durch die Kolbenstange 3 geführt ist. Beide Enden des Rundrohres 1 sind mit Kappen 4, 5 und O-Ringen 6, 7 vakuumdicht verschlossen. Der Kolben 2 trennt das innere Pumpenvolumen in zwei Kammern I und II. Beim Einführen der Kolbenstange 3 vergrößert sich das Kammervolumen I, während sich das Kammervolumen II gleichzeitig verkleinert. Ein O-Ring 8 im Kolben 2 liegt hierbei an einer Dichtfläche 9 des Kolbens 2 an, so daß Kammer I und II strömungstechnisch voneinander getrennt sind.
  • Beim Herausführen der Kolbenstange 3 aus dem Pumpengehäuse (siehe rechtes Bild) wird das Kammervolumen I verkleinert, während das Kammervolumen 2 größer wird. Der O-Ring 8 wird nun, bedingt durch die Reibung am Rundrohr 1, von der Dichtfläche 9 abgehoben und auf die Fläche 10 gedrückt. Über eine Bohrung 11 im Kolben 2 steht nun Kammer I mit Kammer II in Verbindung. Auf diese Weise kann bei Verkleinern des Kammervolumens I das Gas aus dieser Kammer I in Kammer II entweichen. Während dem Herausziehen der Kolbenstange herrscht also in Kammer I und Kammer II der gleiche Gasdruck. Ein Einsaugventil 12 ist dabei ebenso wie ein Ausblasventil 13 geschlossen.
  • Beim Einführen der Kolbenstange in das Pumpengehäuse (linkes Bild) wird das Kammervolumen I vergrößert, während das Kammervolumen II verkleinert wird. Dadurch öffnet sich das Einsaugventil 12 und gibt den Gasweg C von einem nicht gezeichneten Rezipienten durch einen Ansaugstutzen 14 , welcher ein Feinfilter 15 enthält, frei. Das in der Kammer II befindliche Gas wird solange verdichtet bis das Ausblasventil 13 öffnet und das geförderte Gas in Pfeilrichtung D freisetzt.
  • Die Kolbenstange 3 ist durch die Abdeckkappe 5 hindurchgeführt und wird ebenfalls über einen O-Ring 16 gedichtet. Am äußeren Ende der Kolbenstange 3 befindet sich ein Handgriff 17.

Claims (10)

  1. Vakuum-Pumpe mit einem Gehäuse, das zwei Pumpenkammern (I, II) beinhaltet, deren Volumen über einen verschiebbaren Kolben (2) verändert wird, dadurch gekennzeichnet,
    daß die zwei Pumpenkammern (I, II) strömungstechnisch so gestaltet sind, daß das zu fördernde Gas zweistufig komprimiert wird und daß das Verhältnis von Kammervolumen zu Totvolumen so ausgelegt ist daß ein Absolutdruck von < 600 Pa erreicht wird und daß der Kolben (2) über eine Kolbenstange (3) verschiebbar ist, die durch eine Kammer hindurchgeführt ist.
  2. Vakuum-Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kammer, durch welche die Kolbenstange (3) geführt ist, die erste Kammer (I) ist, in welche das zu fördernde Gas in die Pumpe eingesaugt wird.
  3. Vakuum-Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß sowohl der Eingang als auch der Ausgang der Pumpe Rückschlagventile (12, 13) enthalten.
  4. Vakuum-Pumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Austrittsöffnung der Pumpe über eine Anschlußmöglichkeit verfügt, um die Pumpe auch als Druck-Pumpe betreiben zu können.
  5. Vakuum-Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ansaugöffnung mit einem Feinfilter (15) ausgestattet ist.
  6. Vakuum-Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Kolben (2) ein Ventil enthält, welches in der Verbindungsöffnung von der ersten zur zweiten Kammer angeordnet ist.
  7. Vakuum-Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ventil einen O-Ring (8) enthält.
  8. Vakuum-Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kolbenstange (3) fußbetätigt ist.
  9. Vakuum-Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß sie überwiegend aus Kunststoffteilen besteht.
  10. Verwendung einer Vakuum-Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Pumpe zum Evakuieren eines Sorptionssystems benutzt wird, bei welchem im Vakuum Wasser zur Verdampfung gebracht wird und wobei die Vakuum-Pumpe Luft und nicht sorbierte Gase absaugt.
EP94102265A 1993-02-17 1994-02-15 Handbetätigbare Vakuumpumpe Expired - Lifetime EP0611888B1 (de)

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