EP1274940B1

EP1274940B1 - Messgaspumpe

Info

Publication number: EP1274940B1
Application number: EP01911693A
Authority: EP
Inventors: Erwin Hauser
Original assignee: KNF Neuberger GmbH
Current assignee: KNF Neuberger GmbH
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: US6863508B2; JP4588962B2; EP1274940A1; US20030077186A1; JP2003532059A; DE10019725C1; WO2001081763A1; DE50112642D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Messgaspumpe mit einem Pumpengehäuse, mit einem darin befindlichen Pumpenraum, der von einer Arbeitsmembran abgeschlossen ist, die über ein Pleuel oder dergleichen Huborgan mit einem Kurbeltrieb in Antriebsverbindung steht, mit einer im oberen Bereich des Pumpengehäuses, insbesondere im Pumpenkopf angeordneten Heizeinrichtung und mit einer zumindest den Pumpenkopf übergreifenden Wärmeisolierung, die im wesentlichen durch ein Isolationsgehäuse gebildet ist, dessen Innenwand zur Bildung einer Gasisolationsschicht zu dem Pumpenkopf beabstandet ist.
Solche Pumpen dienen zum Fördern heißer Messgase, deren Temperatur möglichst im Entnahme-Zustand erhalten bleiben soll. Eine Kondensation von Analypegasbestandteilen, 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, die ein Absinken der Temperatur des zu messenden Gases im Bereich des Pumpraumes verhindern oder wenigstens vermindern soll.
Aus der DE 4322272 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.
Man hat daher auch bereits eine Messgaspumpe geschaffen, deren den Pumpenkopf aufweisendes Pumpenoberteil eine haubenförmige Wärmeisolierung übergreift (vgl. DE 86 02 787 ). Diese Wärmeisolierung hat die Form eines nach unten offenen Topfes. Zwischen der Wärmeisolierung und dem Pumpenoberteil ist sowohl in Radialrichtung als auch nach oben in Achsrichtung ein ununterbrochener Distanzraum vorgesehen, der einen isolierenden Luftraum umgrenzt. Auf diese Weise wird bei der vorbekannten Messgaspumpe zwar eine übermäßige Temperaturabstrahlung vermieden, eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Bereich des Pumpenoberteils der vorbekannten Messgaspumpe wird damit jedoch nicht erreicht.
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 das Isolationsgehäuse eine wärmestrahlenreflektierende Reflexionsschicht aufweist. Durch diese wärmestrahlenreflektierende Reflexionsschicht wird die Isolierwirkung der Wärmeisolierung noch weiter verbessert und die unerwünschte Wärmeabstrahlung nach außen reduziert.
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 und der wärmestrahlenreflektierenden Reflexionsschicht ergibt eine besonders gute Wärmeisolation.
Dabei sieht eine bevorzugte Weiterbildung gemäß der Erfindung vor, dass die Innenwand des Isolationsgehäuses wärmestrahlenreflektierend ausgebildet ist oder dass 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 wärmeisolierenden Schicht.
Dabei sieht eine besonders einfache und vorteilhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, dass die wärmestrahlenreflektierende Reflexionsschicht aus hochglanzpoliertem Edelstahl besteht.
Zweckmäßig ist es, wenn 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
(Es folgen die ursprünglichen Seiten 3 bis 7 der Beschreibung) 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 Kurbeltriebnahen 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 Wärmeleitfähigkeit 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 wärmestrahlenreflektierenden 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 kurbeltriebnahen 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 11 a vorgesehen sind. Die Durchgangslöcher 11 a 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

Messgaspumpe mit einem Pumpengehäuse, mit einem darin befindlichen Pumpenraum, der von einer Arbeitsmembran abgeschlossenen ist, die über einen Pleuel oder dergleichen Huborgan mit einem Kurbeltrieb in Antriebsverbindung steht, mit einer im oberen Bereich des Pumpengehäuses, insbesondere im Pumpenkopf, angeordneten Heizeinrichtung, und mit einer zumindest den Pumpenkopf übergreifende Wärmeisolierung, die im wesentlichen durch ein Isolationsgehäuse gebildet ist, dessen Innenwand zur Bildung einer Gasisolationsschicht zu dem Pumpenkopf beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsgehäuse (13) eine wärmestrahlenreflektierende Reflexionsschicht (17) aufweist.
Messgaspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (15) des Isolationsgehäuses (13) eine wärmeisolierende Schicht (16), vorzugsweise aus Glasfasermaterial oder dergleichen wärmefestem Material aufweist.
Messgaspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (15) des Isolationsgehäuses (13) wärmestrahlenreflektierend ausgebildet ist oder dass die wärmeisolierende Schicht (16) innenseitig eine solche Reflexionsschicht (17) trägt.
Messgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmestrahlenreflektierende Reflexionsschicht aus hochglanzpoliertem Edelstahl besteht.
Messgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 Wärmeisolationsschicht(16) und als Außenschicht eine wärmeisolierende Schicht vorzugsweise aus Kunststoff aufweist.
Messgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsgehäuse (13) zumindest den Pumpenkopf (10) allseitig umschließt und dass Durchtrittsöffnungen zumindest für Druck- und Saugzuleitungen sowie für den Pleuel (8) vorgesehen sind.
Messgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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 Pleuellängsrichtung beabstandete und in Umfangsrichtung versetzte Durchgangslöcher (11,11a) und andererseits zur Wärmeabstrahlung zumindest im Kurbeltrieb-nahen Bereich eine Oberflächenvergrößerung (12) vorgesehen sind.
Messgaspumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Durchgangslöcher (11) um 90° zueinander umfangsversetzt sind und vorzugsweise einen Mittelabstand von weniger als dem Durchmesser aufweisen.
Messgaspumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Oberflächenvergrößerung Kühlrippen (12) vorgesehen sind, die in dem die Pleuelstange aufnehmenden, Kurbeltrieb-nahen Pleuelkopf, insbesondere in dessen konischem Übergangsbereich angeordnet sind.
Messgaspumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise im Bereich zwischen den Kühlrippen (12) und dem Pleuellager, im Kurbeltriebnahen Pleuelkopf eine oder mehrere Durchgangslöcher (11a) zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit und/oder zur Ableitung der Wärme insbesondere zu den benachbart angeordneten Kühlrippen vorgesehen sind.
Messgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuel (8) aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl besteht.