EP1408234A1 - Kolbenmaschine zur Förderung von Gasen - Google Patents

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EP1408234A1 EP03022427A EP03022427A EP1408234A1 EP 1408234 A1 EP1408234 A1 EP 1408234A1 EP 03022427 A EP03022427 A EP 03022427A EP 03022427 A EP03022427 A EP 03022427A EP 1408234 A1 EP1408234 A1 EP 1408234A1
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    • F04B53/12—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons
    • F04B53/123—Flexible valves

Definitions

  • the invention relates to a piston machine for conveying gases according to the Preamble of the 1st patent claim.
  • Piston machines of the type presented here are used, among other things, in vacuum technology for the production of gases and for the production and maintenance of Pressure differences used as vacuum pumps.
  • US 5,921,755 is one described such pump.
  • the present invention relates to one or multi-stage construction methods.
  • the pistons perform an oscillating movement between their two reversal points. When a piston moves upwards it becomes Gas compressed and expelled. A negative pressure is created during the downward movement in the displacement. Gases can flow into the displacement through suitable valves.
  • the invention is based on the object of presenting a construction which additional unnecessary energy consumption and undesirable heating of the Pump components can be avoided. Special attention is paid to this control that in the area of the pump-active components (e.g. pistons and valves) none Dead spaces arise. These include gases during the pumping process thus significantly affect the pump properties.
  • the pump-active components e.g. pistons and valves
  • a cylindrical displacement 1 which is delimited by the piston cylinder wall 2
  • the piston 3 performs an oscillating movement, which causes the promotion of gas is effected.
  • the gas to be pumped passes through radial inlet openings 5 in the piston cylinder wall 2 in the area of the lower pressure point of the piston in the displacement 1 and is ejected via a valve 7 at the upper end of the displacement.
  • the movement of the piston is controlled by a connecting rod 8 and a piston rod 10 is connected to a drive device.
  • the axial limitation of the piston 3 is formed by the piston crown 12.
  • the piston crown is according to the invention at the same time designed as a valve. For this purpose, it is provided with openings 14. This Openings are covered by a membrane, which depending on the embodiment as a plastic membrane 16, interspersed with ferromagnetic particles, or as magnetic plastic membrane 18 can be formed.
  • the function of the valve includes a non-positive device, which is the membrane presses in the closed state to seal the openings 14.
  • the non-positive device is inserted into a groove 20 Magnet ring 21 or magnetic segments 22 together with the plastic membrane 16 formed.
  • the second case form a metal plate 24 and a magnetic one Plastic membrane 18 together the non-positive device.
  • the openings 14 are sealed by the membrane 16 or 18, so that that previously flowed into the displacement 1 through the inlet openings 5 Gas can be compressed and ejected via the valve 7.
  • the membrane 16 or 18 due to the pressure difference between the Vacuum in the displacement 1 and the pressure in the gear chamber 26 raised, and a Pressure equalization takes place.
  • the magnetic forces generated by the non-positive device ensure that the membrane adheres securely from a defined pressure difference and thus for gas-tight sealing of the holes.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine zur Förderung von Gasen. Ein zylindrischer Hubraum (1) ist mit Einlassöffnungen (5) und einem Ausstoßventil (7) versehen. Die Gasförderung wird durch einen im Hubraum (1) oszillierenden Kolben (3) bewirkt. Der Kolbenboden (12) ist gleichzeitig als Ventil ausgebildet. Dazu ist er mit Öffnungen (14) und einer kraftschlüssigen Vorrichtung (16, 21) versehen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine zur Förderung von Gasen nach dem Oberbegriff des 1. Patentsanspruches.
Kolbenmaschinen der hier vorgestellten Art werden unter anderem in der Vakuumtechnik zur Förderung von Gasen und zur Erzeugung und Aufrechterhaltung von Druckdifferenzen als Vakuumpumpen eingesetzt. In der US 5,921,755 ist eine solche Pumpe beschrieben. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein- oder mehrstufige Bauweisen. Die Kolben führen eine oszillierende Bewegung zwischen ihre beiden Umkehrpunkten aus. Bei der Aufwärtsbewegung eines Kolbens wird das Gas verdichtet und ausgestoßen. Bei der Abwärtsbewegung entsteht ein Unterdruck im Hubraum. So können Gase über geeignete Ventile in den Hubraum einströmen.
Die zu leistende Arbeit bei der Abwärtsbewegung des Kolbens resultiert aus der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Getrieberaum und dem Unterdruck im Hubraum sowie aus der Oberfläche des Kolbens und der Länge des Hubes. Durch diesen Effekt wird die Leistungsaufnahme des Pumpenantriebes erhöht und es kommt zur Temperaturerhöhung von Pumpenbauteilen, was sich störend auf einen reibungslosen und sicheren Betrieb auswirkt. Die Wärme abzuführen, ist mit zusätzlichem unerwünschten Aufwand verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Konstruktion vorzustellen, durch welche zusätzlicher unnötiger Energieverbrauch und unerwünschte Erwärmung der Pumpenbauteile vermieden werden. Besondere Aufmerksamkeit ist darauf zu lenken, dass im Bereich der pumpaktiven Bauteile (z. B. Kolben und Ventile) keine Toträume entstehen. Diese schließen während des Pumpvorganges Gase ein und beeinträchtigen somit erheblich die Pumpeigenschaften.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Schutzanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 5 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird die zu leistende Arbeit bei der Abwärtsbewegung des Kolbens reduziert. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Getrieberaum und dem Unterdruck im Hubraum durch das über den Kolbenboden in den Hubraum strömende Gas abgebaut. Dieser Effekt wird durch den Einbau eines Ventils in den Kolbenboden erreicht. Öffnungen im Kolbenboden stellen eine direkte Verbindung zwischen Getrieberaum und Hubraum her. Durch eine solche Konstruktion werden Toträume vermieden und somit ein effektives Pumpverhalten gewährleistet.
An Hand der Figuren 1 bis 4 soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
  • Fig. 1 Ansaugseite einer Kolbenpumpe mit der erfindungsgemäßen Anordnung,
  • Fig. 2 Schnitt entlang A - A' aus Fig. 1,
  • Fig. 2a Schnitt entlang A - A' aus Fig. 1 einer weiteren Ausführungsform,
  • Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
  • Fig. 4 Schnitt entlang B - B' aus Fig. 3.
    • In einem zylindrischen Hubraum 1, der durch die Kolbenzylinderwand 2 begrenzt ist, führt der Kolben 3 eine oszillierende Bewegung aus, wodurch die Förderung von Gas bewirkt wird. Das zu pumpende Gas tritt durch radiale Einlassöffnungen 5 in der Kolbenzylinderwand 2 im Bereich des unteren Druckpunktes des Kolbens in den Hubraum 1 ein und wird über ein Ventil 7 am oberen Ende des Hubraumes ausgestoßen. Die Bewegung des Kolbens wird über ein Pleuel 8 und eine Kolbenstange 10, die mit einer Antriebsvorrichtung verbunden ist, erzeugt. Die axiale Begrenzung des Kolbens 3 wird durch den Kolbenboden 12 gebildet. Der Kolbenboden ist erfindungsgemäß gleichzeitig als Ventil ausgebildet. Dazu ist er mit Öffnungen 14 versehen. Diese Öffnungen werden durch eine Membran abgedeckt, welche je nach Ausführungsform als Kunststoffmembran 16, durchsetzt mit ferromagnetischen Partikeln, oder als magnetische Kunststoffmembran 18 ausgebildet sein kann.
    Zur Funktion des Ventils gehört eine kraftschlüssige Vorrichtung, welche die Membran in geschlossenem Zustand zur Abdichtung der Öffnungen 14 auf diese drückt. Im ersten Fall wird die kraftschlüssige Vorrichtung durch einen in einer Nut 20 eingelassenen Magnetring 21 oder Magnetsegmente 22 zusammen mit der Kunststoff membran 16 gebildet. Im zweiten Fall bilden eine Metallplatte 24 und eine magnetische Kunststoffmembran 18 zusammen die kraftschlüssige Vorrichtung.
    Beim Aufwärtshub werden die Öffnungen 14 durch die Membran 16 bzw. 18 abgedichtet, so dass das vorher durch die Einlassöffnungen 5 in den Hubraum 1 eingeströmte Gas verdichtet und über das Ventil 7 ausgestoßen werden kann. Beim Abwärtshub wird die Membran 16 bzw. 18 auf Grund der Druckdifferenz zwischen dem Unterdruck im Hubraum 1 und dem Druck im Getrieberaum 26 angehoben, und ein Druckausgleich findet statt. Die durch die kraftschlüssige Vorrichtung erzeugten Magnetkräfte sorgen ab einer definierten Druckdifferenz für ein sicheres Haften der Membran und damit für ein gasdichtes Verschließen der Bohrungen.

    Claims (5)

    1. Kolbenmaschine zur Förderung von Gasen, bestehend im wesentlichen aus einem durch eine Kolbenzylinderwand (2) begrenzten Hubraum (1) mit Gaseinlassöffnungen (5) und einem Gasausstoßventil (7) sowie einem im Hubraum (1) oszillierenden Kolben (3) mit Kolbenboden (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (12) gleichzeitig als Ventil ausgebildet ist, welches aus Öffnungen (14) im Kolbenboden (12) und einer kraftschlüssigen Vorrichtung (16, 21) bzw. (18, 24) besteht, wobei die Öffnungen (14) in Abhängigkeit vom Gasstrom durch die kraftschlüssige Vorrichtung in einem offenen oder geschlossen Zustand gehalten werden.
    2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Vorrichtung aus einer magnetischen Anordnung (21) und aus einer mit ferromagnetischen Partikeln durchsetzten Kunststoffmembran (16) besteht.
    3. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Vorrichtung aus einer Metallplatte (24) und aus einer magnetischen Kunststoffmembran (18) besteht.
    4. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Anordnung aus einem in einer Nut (20) eingelassenen ringförmigen Dauermagneten (21) besteht.
    5. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Anordnung aus in einer Nut (20) eingelassenen segmentförmigen Dauermagneten (22) besteht.
    EP03022427A 2002-10-10 2003-10-07 Vakuumpumpe Expired - Lifetime EP1408234B2 (de)

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