DE4322272C2 - Meßgaspumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßgaspumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Solche Pumpen sind bereits bekannt. Sie dienen zum Fördern heißer Meßgase, deren Temperatur möglichst im Entnahme-Zustand erhalten bleiben soll. Eine Kondensation von Analysegasbestandteilen, ein Verfälschen des Meßergebnisses und so weiter sollen also vermieden werden. Um bei solchen Heißgaspumpen die Bereiche, die mit dem zu messenden Gas in Verbindung kommen, auf der geeigneten, gewöhnlich durch die Entnahmestelle des zu messenden Gases vorgegebenen Temperatur zu halten, ist bereits bekannt, im Pumpenkopf eine Heizung einzubauen. Diese soll dann ein Absinken des zu messenden Gases im Bereich des Pumpraumes verhindern oder wenigstens vermindern. Realisiert wird eine solche Heizung oder Wärmequelle gewöhnlich durch einen elektrischen Heizstab, der zum Beispiel symmetrisch im Pumpenkopf nahe dem Pumpraum angebracht und gegebenenfalls bezüglich seiner Wärmeabgabe steuerbar ist.

Derartige bekannte, nachstehend noch näher beschriebene Meßgaspumpen haben jedoch noch Nachteile. Sie sind gewöhnlich als Membranpumpen ausgebildet, wobei die Membran mit Hilfe eines Pleuels ihre Hubbewegung erhält. Dazu ist das Pleuel am oberen Ende pilzartig verbreitert und untergreift diese Arbeitsmembran, die pumpraumseitig mit einem Befestigungsteller am freien Pleuelende festgelegt ist. Unterhalb des Pleuelpilzes der Pleuelstange befindet sich dann der Kurbelraum für das Pleuel. Dies hat die unangenehme Nebenwirkung, daß das Pleuelgehäuse eine kühlende Wirkung auf den Pleuelpilz und dann auch auf die Arbeitsmembrane und mittelbar auf das zu messende Gas ausübt. Ist, wie häufig der Fall, ein elektrischer Heizstab als Wärmequelle im Pumpenkopf untergebracht, ergibt sich von dort aus ein Wärmegefälle im Pumpengehäuse in Richtung des Pleuelantriebes. Die dann nicht zu vermeidenden Abkühlerscheinungen am Pleuelkopf können sich auf das zu fördernde und zu messende Gas auswirken. Das Abkühlen des Pleuelkopfes und der Arbeitsmembran wird zum Teil dadurch noch begünstigt, daß bei einem auf- und abgehenden Pleuel auch noch eine Luft-Konvektion oder dergleichen derart geschieht, daß bei hochgehendem Pleuel kältere Luft aus dem Kurbelgehäuse mit in die Gegend der Arbeitsmembran gefördert und bei heruntergehendem Pleuel dort erwärmte Luft in Richtung des Kurbelgehäuses bewegt wird. Man schafft ungewollt als Nebenwirkung des Membranantriebes eine regelmäßige, gewisse Luft-Konvektion mit Kühlwirkung an der Arbeitsmembran.

Aus dem DE-GM 86 02 787 kennt man bereits eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art, deren Arbeitsmembran zwischen den Planflächen einer Zwischenplatte sowie einer in Richtung zum Kurbelraum benachbarten Kopf-Grundplatte eingespannt ist. Um die Temperaturabstrahlung der Membran und des Pleuelpilz-Unterteiles zu reduzieren, ist die Kopf-Grundplatte als Wärmeschranke ausgebildet und dazu unterhalb des Bewegungsbereiches des Pleuelpilzes bis in die Nähe der Pleuelstange radial nach innen eingezogen. Durch diese Wärmeschranke läßt sich jedoch nicht vollständig vermeiden, daß das Pleuelgehäuse weiterhin eine kühlende Wirkung auf das darin rotierende Pleuel hat, welches im Bereich des Pleuelpilzes mit der Arbeitsmembran verbunden ist.

Man hat daher auch bereits eine Membranpumpe geschaffen, die zusätzlich zu der üblichen Pumpenkopfheizung eine als elektrische Heizpatrone ausgebildete Heizung in der Pleuelstange aufweist (vgl. DE 37 04 700 A1). Die Stromversorgung für die in der Pleuelstange angeordnete Heizung erfolgt über Blattfedern, die mit einem ihrer Federenden elektrisch isoliert an der Pleuelstange befestigt und über eine Leitung mit der Heizung verbunden sind. In der Pleuelstange ist ein Temperaturfühler vorgesehen, der mit einem Regler zum Einregeln der Pleuelstangen-Heizung verbunden ist. Der konstruktive Aufwand bei dieser vorbekannten Membranpumpe ist dementsprechend hoch.

Es besteht daher die Aufgabe, die bekannten Meßgaspumpen der eingangs beschriebenen Art auf einfache Weise dahingehend zu verbessern, daß unter weitgehender Vermeidung der vorbeschriebenen Nachteile die Meßgase durch die sie fördernde Meßgaspumpe keine oder keine wesentlichen Temperaturveränderungen erfahren.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Meßgaspumpe der eingangs erwähnten Art darin, daß zwischen der Wärmequelle und dem Pleuelkopf ein zumindest abschnittsweise biegsamer Wärmeleiter vorgesehen ist.

Durch die Anordnung wenigstens einer Wärmeschranke zwischen Pleuelkopf und Kurbeltrieb der Meßgaspumpe wird die unerwünschte Temperaturverminderung beim Meßgas vermieden oder wenigstens erheblich vermindert. Da bei der erfindungsgemäßen Meßgaspumpe zwischen der Wärmequelle und dem Pleuelkopf ein biegsamer Wärmeleiter vorgesehen ist, kann auch dem sich in Betrieb bewegenden Pleuel Wärme von der feststehenden Wärmequelle zugeführt werden. Der biegsame Wärmeleiter macht eine konstruktiv aufwendige und evtl. gesondert einzuregelnde Pleuelstangen-Heizung entbehrlich.

Gemäß den Merkmalen des zweiten Anspruches ist als Wärmeabführ­ schranke eine Wärmeabschirmmembran zwischen der Arbeitsmembran und dem Kurbelgehäuse vorgesehen. Nach den Merkmalen des dritten Anspruches ist, vorzugsweise als zusätzliche Wärmeabführschranke, neben der Wärmeabschirmmembran noch eine mit einer Pleuel- Durchtrittsöffnung versehene Wärme-Dämmplatte zwischen Wärme­ abschirmmembran und Kurbelgehäuse vorgesehen, was ein unerwünschtes Abkühlen der Pumpen-Umgebung im Bereich des zu messenden Gases weiter vermindert.

Durch die Maßnahmen des vierten Anspruches werden die Teile der Meßgaspumpe, die in unmittelbarer Nähe des durchzuführenden Meßgases liegen beziehungsweise dessen Temperatur beeinflussen können, in einem wärmeleitenden Zusammenhang mit der Wärmequelle gebracht. Auch dadurch kann die gewünschte Temperatur des zu messenden Gases besser auf dem gewünschten Temperaturniveau gehalten werden.

Der Pleuelkopf steht bekanntlich in unmittelbarer Berührung mit der Unterseite der Arbeitsmembran und hat gewöhnlich eine verhältnismäßig große, zum Kurbelgehäuse hin gewandte Abstrahl­ fläche.

Die Merkmale des fünften Anspruches zeigen auf, wie man den sich in Betrieb bewegenden Pleuelkopf mit einfachen Mitteln mit Wärmeenergie von der Wärmequelle speisen kann, so daß die vorerwähnten nachteiligen Wirkungen zumindest weitestgehend vermindert werden.

Man kann die vorbeschriebenen Maßnahmen zum Erhalten der Temperatur des heißen Meßgases noch durch zwei unterschiedliche, in der Zielrichtung aber gleichgerichtete Maßnahmen verstärken:
Nach den Maßnahmen des sechsten Anspruches kann man mit einer wärmeleitenden Glocke oder dergleichen, welche den oberen Teil des Pumpengehäuses umschließt, dort verhältnismäßig gleichmäßige Temperaturverhältnisse schaffen. Dies begünstigt auch, daß mit der vorgesehenen, vorzugsweise in ihrer Wärmeabgabe gesteuerten Wärmequelle der gesamte Pumpvorgang des Meßgases bezüglich seiner Temperatur gleichmäßig und ohne Temperaturverlust erfolgt. Analoges erreicht man durch die Merkmale des Anspruches 7, mittels der vermeidbare Wärmeabstrahlverluste klein gehalten werden.

Ein Ausführungsbeispiel wird in der folgenden Beschreibung erläutert.

Es zeigen, stärker schematisiert:

Fig. 1 in Halbseitenansicht sowie teilweise im Schnitt eine beheizte Meßgaspumpe vorbekannter Bauweise,

Fig. 2 einen Schnitt durch den oberen Teil einer erfindungs­ gemäßen Meßgaspumpe ähnlich dem oberen Bereich von Fig. 1, und

Fig. 3 einen Schnitt durch den oberen Bereich einer erfindungsgemäßen Meßgaspumpe ähnlich Fig. 2 in etwas abgewandelter Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht des wesentlichen Teiles des Gehäuses einer Meßgaspumpe bekannter Bauart. 2 ist der Gehäusekopf, in dem der Pumpraum 3 untergebracht ist. 4 ist ein Gehäusezwischenteil, das den radial äußeren Rand 7 der Arbeitsmembran 6 zusammen mit dem Gehäusekopf 2 dichtend einklemmt. 8 ist der Pleuelkopf des im Ganzen mit 9 bezeichneten Pleuels, das in der üblichen Weise mit einem Kurbeltrieb 10 zusammenarbeitet, der sich im Inneren des Kurbelgehäuses 11 befindet. Bei Fig. 1 ist der Antrieb für die Membran 6 als Pleuel ausgebildet. Dieser steht in Fig. 1 in seiner oberen Totpunktstellung, so daß der Pumpraum 3 lediglich als ausgezogene Linie sichtbar wird. Ein Befestigungsteller 12 klemmt die Arbeitsmembran 6 mit ihrem Innenrand-Bereich dichtend an den Pleuelkopf 8 fest. Zentral zum Pumpraum 3 ist als Wärmequelle der Meßgaspumpe ein elektrischer Heizstab H vorgesehen. Oberhalb des Gehäusekopfes ist in Fig. 1 noch ein oberes Abschlußteil T in Seitenansicht zu erkennen, welches im Bereich der Eintrittsöffnung 13 für das Meßgas aufgebrochen und schematisiert dargestellt ist. Die Teile T, 2, 4 und 11 ergeben im wesentlichen das Gehäuse 20 der vorbekannten Meßgaspumpe nach Fig. 1. Daraus ist auch gut zu erkennen, wie vom zu fördernden Meßgas und der Wärmequelle H dem Pumpengehäuse 20 oben zugeführte Wärme in Richtung des Kurbeltriebes 10 nach unten abgestrahlt werden kann.

Fig. 2 zeigt nun, schematisiert, den erfindungsgemäß abgewandelten Oberbereich einer Meßgaspumpe 1 gemäß der Erfindung. Sie weist einen Pumpraum 3 auf, der mittels einer Arbeitsmembran 6 in Richtung des Kurbeltriebes 10 abgeschlossen ist und diese Arbeitsmembran 6 steht über ein Pleuel 9 oder dergleichen Huborgan mit dem Kurbeltrieb 10 in Verbindung. Dabei kann dieses Pleuel 9 sowohl Teil eines Pendelkolbens (Fig. 1) als auch Teil eines Hubkolbens sein. Ein zum gesamten Pumpengehäuse 20 gehörender Pumpenkopf 15 weist als Aussparung den Pumpraum 3 auf. Außerdem enthält dieser Pumpenkopf 15 eine Wärmequelle 16, die im Ausführungsbeispiel in bekannter Weise als Heizstab H realisiert ist. Gewöhnlich ist dessen Wärmeabgabe, angepaßt an die jeweiligen Bedürfnisse der Meßgaspumpe 1, automatisch regelbar.

Die Arbeitsmembran 6 ist zwischen einem Pleuelkopf 8 und einem Membran-Befestigungsteller 12 (kurz: "Befestigungsteller 12") an ihrem Innenrand in üblicher Weise dichtend eingeklemmt.

Zwischen dem Pleuelkopf 8 und dem Kurbeltrieb 10 ist bezüglich der Wärmequelle 16 und bezüglich des Heizgases, das sich, durch Punkte dargestellt, im Pumpraum 3 befindet, mindestens eine Wärmeschranke vorgesehen. Vorzugsweise kann dabei diese Wärmeschranke von einer Wärmeabschirmmembran 19 gebildet sein, welche sich zwischen einem Randbereich des Pumpengehäuses 20 einerseits und dem Schaft 21 aufspannt. Im Ausführungsbeispiel ist diese Wärmeabschirmmembran 19 mit ihrem Innenrand im Pleuelschaft 21 und mit ihrem Außenrand zwischen zwei Gehäuseteilen 5a und 5b dichtend eingeklemmt. Auf diese Weise unterbricht die Wärmeabschirmmembran die eingangs beschriebene Luftbewegung bei vorbekannten Meßgaspumpen, die dort zwischen dem Pleuelkopf 8 und dem Kurbeltrieb 10 stattfindet. Zwischen der Arbeitsmembran 6 und der Wärmeabschirmmembran 19 wird dadurch eine Kammer 24 mit verhältnismäßig kleinem Volumen gebildet, das einen Wärmepuffer darstellt.

Zwischen der Wärmequelle 16 und dem Pleuelkopf 8 ist ein abschnittweise biegsamer Wärmeleiter 25 vorgesehen. In nachstehend noch näher beschriebener Weise stellt er eine wärmeleitende Verbindung zwischen der Wärmequelle 16 im Pumpenkopf und dem Pleuelkopf 8 oberhalb der Wärmeabschirmmembrane 19 her. Da er auf diese Weise auch innerhalb der Kammer 24 Wärme von der Wärmequelle 16 dem Pleuelkopf 8 zuführt, verstärkt er die Wirkung der Wärmeabschirmmembrane 19 im Sinne der gewünschten Wärmeschranke. Dabei ist der Wärmeleiter 25 in seiner radialen Länge im Bereich zwischen dem Pleuelkopf 8 und den Gehäusezwischenteilen 4 und 5a so bemessen, daß er der Hubbewegung des Pleuelkopfes 8 folgen kann. Diese Hubbewegung ist durch den Doppelpfeil 26 in Fig. 2 angedeutet.

Die Wärmeabführschranke zwischen Wärmequelle 16 beziehungsweise Meßgase einerseits und dem Kurbeltrieb 10 andererseits wird durch eine Wärmedämmplatte 27 verstärkt, die zwischen der Wärmeabschirmmembran 19 und dem Kurbeltrieb 10 angeordnet ist und eine Pleuel-Durchtrittsöffnung 28 hat. Man könnte die Wärmeschranke der Meßgaspumpe 1 auch alleine durch die vorerwähnte Wärmedämmplatte 27 realisieren. Vorteilhafter ist jedoch die Verwendung einer Wärmeabschirmmembran 19, gegebenenfalls ergänzt durch die Wärmedämmplatte 27.

Aus Fig. 3 geht bezüglich des Wärmeflusses von der Wärmequelle 16 zum Wärmeleiter 25 eine besondere Abwandlung der vorbeschriebenen Konstruktion nach Fig. 2 hervor. Der Durchmesser d der dortigen Arbeitsmembran 6a ist geringer als der Durchmesser des dortigen Gehäuses 20, insbesondere kleiner als der Durchmesser des dortigen Pumpenkopfes 15a und seines benachbarten Gehäusezwischenteiles 4a. In ihrem jeweiligen Randbereich 29 stehen die vorerwähnten Teile 15a und 4a in wärmeleitender Berührung. Der dadurch mögliche Wärmefluß, beginnend bei der Wärmequelle 16, wird durch die strichpunktierten Pfeile 31 angedeutet und man erkennt, daß bei dieser Ausführung 1a der Meßgaspumpe die Wärmequelle 16 gut den abschnittsweise elastischen Wärmeleiter 25 mit Wärmeenergie versorgen kann, so daß indirekt auch der Pleuelkopf 8 und somit die Arbeitsmembran 6a von unten aufgeheizt werden. Dies trägt zur gleichmäßigen Temperierung der Arbeitsmembran 6a bei. Dabei bestehen der Gehäusekopf 15a, das dazu benachbarte Gehäusezwischenteil 4a aus wärmeleitendem Werkstoff und diese beiden Teile 4a, 15a sind radial außerhalb der Arbeitsmembran 6a in wärmeleitender Verbindung. Der Wärmeleiter 25 besteht vorzugsweise aus einer beweglichen Wärmeleitung. Er erhält, von der Wärmequelle 16 kommend, über den Pumpenkopf 15 und das Gehäusezwischenteil 4a, vorzugsweise aber auch noch durch das Gehäuseteil 5a, welches sich unterhalb des Wärmeleiters 25 und benachbart zu ihm befindet, seine Wärmezufuhr. Der Wärmeleiter 25, der zweckmäßiger Weise aus einer gut wärmeleitenden, biegsamen Litze aus Kupfer oder dergleichen wärmeleitenden Werkstoff besteht, führt dann diese Wärme zum Pleuelkopf 8, wie gut aus Fig. 2 und insbesondere Fig. 3 zu erkennen ist.

In der Ausführung nach Fig. 2 sind der Gehäusekopf 15, die darin befindliche Wärmequelle 16 sowie wenigstens ein Gehäusezwischenteil 4, vorzugsweise die drei Gehäusezwischenteile 4, 5a und 5b von einer wärmeleitenden Glocke 30 oder dergleichen wärmeleitenden Umhüllung umfaßt; und zwar so, daß die wärmeleitende Glocke 30 die in ihr transportierte Wärme vom Gehäusekopf 15 auch an die Gehäusezwischenteile 4, 5a beziehungsweise 5b abgeben kann, wie es die Pfeile 31 zeigen. Die wärmeleitende Glocke 30 besteht dabei vorzugsweise aus Aluminium.

In Fig. 3 ist eine Meßgaspumpe 1a mit etwas abgewandelter Umhüllung des oberen Teiles des Gehäuses 20 dargestellt. Dort besteht eine die Teile 15a, 4a, 5a und 5b des Gehäuses 20 glockenartig umfassendes Pumpenteil aus einer Isolierglocke 32 aus einem Werkstoff, der nicht wärmeleitend ist, aber ausreichend die Temperaturdehnungen der vorerwähnten Teile 15, 4a, 5a und 5b mitmachen kann. Eine solche Isolierglocke kann zum Beispiel auch aus Glas, Keramik oder dergleichen Werkstoff bestehen, wobei gegebenenfalls der unterschiedliche Temperatur-Ausdehnungskoeffizient durch einen Spalt, eine elastische Masse oder dergleichen ausgeglichen werden kann.

Claims (8)

1. Meßgaspumpe (1, 1a) mit einem mittels einer Arbeitsmembran (6) abgeschlossenen Pumpraum (3), deren Arbeitsmembran (6) über ein Pleuel oder dergleichen Huborgan (9) von einem Kurbeltrieb (10) ihre Hubbewegung (Doppelpfeil 26) erhält, wobei im oberen Bereich des Pumpengehäuses (20) eine Wärmequelle (16) vorgesehen ist, und wobei zwischen dem Pleuelkopf (8) und dem Kurbeltrieb (20) bezüglich der Wärmequelle (16) und des Meßgases einerseits und dem Kurbeltrieb andererseits mindestens eine Wärmeschranke (19, 27) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wärmequelle (16) und dem Pleuelkopf (8) ein zumindest abschnittsweise biegsamer Wärmeleiter (25) vorgesehen ist.

2. Meßgaspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmeabschirmmembrane (19), welche einen Pumpengehäusebereich (5a, 5b) mit dem Pleuelschaft (21) verbindet, als Wärme­ abführschranke (19) zwischen Pleuelkopf (8) und dem Kurbeltrieb vorgesehen ist.

3. Meßgaspumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wärmeabschirmmembran (19) und dem Kurbeltrieb (10) gegebenenfalls zusätzlich als Wärmeabführ­ schranke eine mit einer Pleuel-Durchtrittsöffnung (28) versehene Wärme-Dämmplatte (27) vorgesehen ist.

4. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäusekopf (15a) sowie mindestens ein benachbartes Gehäusezwischenteil (4a) aus wärmeleitendem Werkstoff bestehen und wärmeleitend in Verbindung stehen, wobei die Wärmequelle (16) vorzugsweise im Gehäusekopf (15a) untergebracht ist.

5. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeleiter (25) zwischen der Wärmequelle (16) und dem Pleuelkopf (8) eine Wärmeleitung vom Bereich der Wärmequelle (16), vorzugsweise über den oder die Gehäuseteile (4 usw.) und gegebenenfalls über einen dazu benachbarten zweiten Gehäusezwischendeckel (5b) zum Pleuelkopf (8) vorgesehen ist, wobei als Wärmeleiter (25) zweckmäßiger Weise eine gut wärmeleitende, biegsame Litze aus Kupfer oder dergleichen wärmeleitendem Werkstoff vorgesehen ist.

6. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekopf (15), die Wärmequelle (16) sowie wenigstens ein Gehäusezwischenteil (4; 5a, 5b) von einer wärmeleitenden Glocke (30) oder dergleichen, die vorzugsweise aus Aluminium besteht, wärmeleitend umfaßt sind.

7. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekopf (15), die Wärmequelle (16) sowie wenigstens die bis zur Wärmeabschirmmembran (19) reichenden Gehäusezwischenteile (4; 5a, 5b) wärmeleitend in Verbindung stehen und gegebenenfalls mit einer Isolier­ glocke (32) oder dergleichen Isolierhülle umgeben sind.

8. Meßgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmembran (6a) einen kleineren Außendurchmesser (d) als ihre benachbarten Gehäuseteile (4a, 5a) hat, und daß diese Teile außerhalb der Arbeitsmembran (6a) in wärmeleitender Verbindung stehen.