DE19955688A1

DE19955688A1 - Kolben-Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE19955688A1
Application number: DE19955688A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dreifert; Juergen Meyer
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-05-23
Also published as: WO2001038735A1; EP1230484A1; TW508409B; JP2003515055A

Abstract

Bei einer Kolben-Vakuumpumpe enthält die Verbindung zwischen dem Kolben (10) und der diesen steuernden Pleuelstange (11) eine elastische Vorrichtung (EV). Hierdurch werden Schwingungen und Körperschall der Pleuelstange (11) von dem Kolben (10) ferngehalten. Dadurch ergibt sich eine deutliche Reduzierung des Schallpegels der Pumpe und eine erhöhte Lagerlebensdauer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Vakuumpumpe mit mindestens einem Kolben, der von einer Pleuelstange angetrieben wird.

Kolben-Vakuumpumpen haben Kolben, die jeweils über eine Pleuelstange angetrieben sind. Solche Kolben-Vakuumpumpen sind beschrieben in EP 0 280 264 und DE 196 34 519 A1. Bei diesen Pumpen werden üblicherweise Wälz- oder Gleitlager zur Lagerung der Pleuelstange im Kolben eingesetzt. Diese Lager sind starr mit dem Kolben und der Pleuelstange verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben- Vakuumpumpe mit und schallarmem Betrieb zu schaffen und die Belastung der Pumpenlager zu reduzieren.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach sind der Kolben und die Pleuelstange durch eine elastische Vorrichtung verbunden. Diese elastische Vorrichtung dämpft Schläge, die durch das Lagerspiel und den Kraftrichtungswechsel hervorgerufen werden, und verhindert, dass Körperschall, der durch Schläge, welche durch Lagerspiel und Wechsel der Kraftrichtung erzeugt werden, aus dem Kurbeltrieb über das Lager direkt an den Kolben und an die Gehäuseaußenwände weitergeleitet wird. Außerdem führen Kraftrichtungswechsel zu einem schlagartigen Wechsel der geführten Kolbenseite. Während eine relativ starre Verbindung des Kolbens mit der Pleuelstange besonders starke Stöße zur Folge hat, werden gemäß der vorliegenden Erfindung diese Stöße durch die elastische Vorrichtung abgefangen bzw. gedämpft. Das führt insbesondere bei kleinen trockenlaufenden Kolben-Vakuumpumpen zu einer deutlichen Verminderung des Geräuschspektrums. Die genannte Geräuschquelle fällt bei anderen mit Kurbelwellen versehenen Maschinen, wie Kompressoren und Motoren, gegenüber anderen Quellen kaum ins Gewicht. Bei ölgeschmierten Kolbenmaschinen dämpft außerdem der Schmierfilm die Körperschallübertragung. Ein solcher Schmierfilm ist bei trockenlaufenden Kolben- Vakuumpumpen nicht vorhanden.

Durch die elastische Vorrichtung in der Verbindung zwischen Pleuelstange und Kolben wird der Schallpegel der Pumpe erheblich reduziert. Durch eine Verringerung der Schlagbeanspruchung des Kolbens ergibt sich eine erhöhte Lagerlebensdauer. Infolge des elastischen Ausgleichs von Form- und Lagetoleranzen werden die an die Bauteilgenauigkeit zu stellenden Ansprüche verringert. Die erfindungsgemäße Kolben vakuumpumpe ist robust, betriebssicher und unempfindlich gegenüber hohen Temperature n. Sie bewirkt eine sichere Übertragung relativ hoher periodisch wechselnder Kolbenkräfte und bewirkt einen nur geringen Eingriff in die angrenzenden Bauteile.

Für die Realisierung der Erfindung bzw. die Anordnung und Gestaltung der elastischen Vorrichtung gibt es zahlreiche Möglichkeiten. So kann die elastische Vorrichtung so angeordnet sein, dass sie den Kolbenbolzen im Innern des Kolbens trägt, wobei auf dem Kolbenbolzen ein Kolbenlager der Pleuelstange sitzt. Hierbei können übliche Standardlager benutzt werden. Eine alternative Möglichkeit sieht vor, dass die elastische Vorrichtung im Verlauf der Pleuelstange angeordnet ist. Auch hier werden übliche Lager verwendet. Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die elastische Vorrichtung in das Kolbenlager der Pleuelstange integriert. Auch für diese letztgenannte Variante gibt es zahlreiche Ausführungsformen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Verbindung zwischen Kolben und Kolbenbolzen bei einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem die elastische Vorrichtung Bestandteil der Pleuelstange ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels, bei dem die elastische Vorrichtung Bestandteil des Kolbens ist,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels, bei dem die elastische Vorrichtung Bestandteil des Kolbenlagers ist,

Fig. 5 eine konstruktive Ausführung des Beispiels von Fig. 1,

Fig. 6 eine konstruktive Ausführung des Beispiels von Fig. 2,

Fig. 7 eine konstruktive Ausführung des Beispiels von Fig. 3 und

Fig. 8-14 konstruktive Ausgestaltungen des Beispiels von Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 ist der Kolben 10 einer Kolben/Vakuumpumpe mit einer Pleuelstange 11 über ein Kolbenlager 12 verbunden. Das Kolbenlager 12 befindet sich in dem hohlen Innenraum 13 des Kolbens 10. Der Kolben 10 weist eine im wesentlichen zylindrische Umfangswand 14 und eine, ebene Stirnwand 15 auf. Das der Stirnwand abgewandte Ende des Kolbens 10 ist offen. Durch dieses Ende ragt die Pleuelstange 11 hindurch. Mit dem Kolbenlager 12 ist die Pleuelstange 11 an dem Kolbenbolzen 16 gelagert, welcher parallel zu der Stirnwand 15 im Innenraum 13 verläuft. Der Kolbenbolzen 16 ist mit einer elastischen Vorrichtung EV, die im vorliegenden Fall aus zwei Elastomerkissen 17, 18 besteht, an der Stirnwand 15 abgestützt. Die Hauptwirkungsrichtung der elastischen Vorrichtung EV verläuft achsparallel zum Kolben 10. Die elastische Vorrichtung EV hat auch eine Dämpfungsfunktion. Sie eliminiert Vibrationen, Schläge und Stöße, die von der Pleuelstange 11 kommen, und verhindert deren Übertragung auf den Kolben 10. Andererseits verhindert sie auch die Übertragung von Schwingungen in umgekehrter Richtung.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist die elastische Vorrichtung EV in die Pleuelstange 11 integriert, und zwar am Übergang zwischen Pleuelstange 11 und Kolbenlager 12. Der Kolbenbolzen 16 ist starr mit der Stirnwand 15 oder der Umfangswand des Kolbens 10 verbunden.

Gemäß Fig. 3 ist der Kolbenbolzen 16 mit einer elastischen Vorrichtung EV an dem Kolben 10 gelagert. Im Gegensatz zu Fig. 1 befindet sich die elastische Vorrichtung EV im Bereich der Umfangswand 14 des Kolbens.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist die elastische Vorrichtung EV in das Kolbenlager 12 integriert, mit dem die Pleuelstange 11 an dem Kolbenbolzen 16 gelagert ist.

Fig. 5 zeigt eine konstruktive Ausführung des Beispiels von Fig. 1 bei einer trockenlaufenden Vakuumpumpe. Das Kolbenlager 12 enthält ein Wälzlager 20, z. B. ein Nadellager, welches in einer Querbohrung des Kopfes der Kolbenstange 11 angeordnet ist und auf dem Kolbenbolzen 16 sitzt. Das Wälzlager 20 weist einen Außenring 21, einen Innenring 22 sowie Wälzkörper 23 auf. Der Kolbenbolzen 16 ist mit. Dämpfungsbolzen 24 und 25 an der Innenseite der Stirnwand 15 befestigt. Diese Dämpfungsbolzen enthalten die Elastomerkissen 17 und 18 und bilden die elastische Vorrichtung EV.

In Fig. 6 ist die Realisierung des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 dargestellt. Auf dem Kolbenbolzen 16 sitzt das Kolbenlager 12, das in eine Querbohrung des Kopfes 26 der Pleuelstange 11 eingesetzt ist. Die elastische Vorrichtung EV ist in die Pleuelstange 11 integriert, und zwar unmittelbar angrenzend an das Kopfstück 26. Das Kopfstück 26 ist zu diesem Zweck mit einem Ansatz 27 versehen, welcher in eine gabelförmige Aufnahme 28 der Pleuelstange 11 eintaucht.

Zwischen dem Ansatz 27 und den Wänden der Aufnahme 28 befinden sich Elastomerkissen 29, 30, die die elastische Vorrichtung EV bilden. Stöße, die in Längsrichtung der Pleuelstange 11 wirken, erzeugen an den Elastomerkissen 29, 30 Scherbeanspruchungen.

Fig. 7 zeigt eine praktische Ausführung des Schemas von Fig. 3. Der Kolbenbolzen 16 ist hierbei in Querbohrungen der Umfangswand 14 abgestützt. In den Querbohrungen sitzt die elastische Vorrichtung EV in Form eines elastomeren Schlauchstücks 31, das das Ende des Kolbenbolzens 16 umgibt, oder einer Anordnung aus O-Ringen 32. Dadurch kann der Kolbenbolzen 16 sich quer zu seiner Achsrichtung in Grenzen bewegen, während die elastische Vorrichtung EV verformt wird. Dagegen ist die Kopplung zwischen Pleuelstange 11 und Kolbenbolzen 16 über das Kolbenlager 12 eine direkte Kopplung ohne dämpfende Elemente. Die Fig. 8 bis 13 zeigen verschiedene Varianten des Ausführungsbeispiels von Fig. 4.

Gemäß Fig. 8 ist in dem Kopf 26 der Pleuelstange 11 ein Wälzlager 20 montiert, in welchem der Kolbenbolzen 16 gelagert ist. Der Kolbenbolzen 16 ist mit abstehenden Auslegern 33 versehen, mit denen er an der Stirnwand 15 festgeschraubt ist. Ferner ist der Kolbenbolzen 16 mit zwei Umfangsnuten 34, 35 versehen, in denen jeweils einige O-Ringe 36 sitzen, welche die elastische Vorrichtung EV bilden. Der Kolbenbolzen 16 hat einen Durchmesser, der deutlich kleiner ist als der lichte Durchmesser des Innenringes des Wälzlagers 20, so dass der Kolbenbolzen sich relativ zu dem Wälzlager radial bewegen kann. Diese Radialbewegung wird durch die O-Ringe 36 abgefedert.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich demjenigen von Fig. 8, wobei die elastische Vorrichtung EV aus einem Elastomerschlauch 38 besteht, welcher den Kolbenbolzen 16 umgibt und in dem Innenring 22 des Wälzlagers sitzt.

Gemäß Fig. 10 besteht die elastische Vorrichtung EV aus einem Elastomerring 39, der zwischen dem Innenring 22 des Wälzlagers und dem Kolbenbolzen 16 angeordnet und an diese beiden Teile anvulkanisiert ist.

Gemäß Fig. 11 besteht die elastische Vorrichtung EV aus gekammerten O-Ringen 40, die jeweils in einer Umfangsnut des Kolbenbolzens 16 angeordnet sind und aus dieser radial herausragen und die Abstützung des Innenrings 22 des Wälzlagers bewirken.

Die Variante von Fig. 12 entspricht derjenigen von Fig. 9, mit dem Unterschied, dass der Kolbenbolzen 16 Abschnitte 41 verringerten. Durchmessers hat, die von dem Elastomerring 39 umgeben werden. Durch die Durchmesseränderungen kann die Federlinie des Elastomerschlauchs beeinflußt werden. Bei dieser Konstruktion trägt ein Teil des Elastomerschlauchs 38 ständig und ein anderer Teil trägt erst im Fall hoher Lasten, wodurch die Kennlinie steifer wird. Außerdem ist aus Fig. 12 zu ersehen, wie die Bauteile durch überstehende Ränder auf einfache Weise axial gesichert werden können.

Bei der Variante nach Fig. 13 ist die elastische Vorrichtung EV in Form eines Elastomerschlauchs 38 so vorgesehen, dass sie das Kolbenlager 12 umgibt. Die elastische Vorrichtuüg befindet sich somit zwischen dem Kolbenlager 12 und der Bohrung des Kopfstücks 26.

Wegen der Einbausituation in Vakuumpumpen kommen für die elastische Vorrichtung als Werkstoffe vor allem solche Elastomere in Betracht, die hohe Temperaturen zulassen. Dazu gehören besonders Fluorgummi FPM/FQM/FFKM (z. B. Viton), Acrylat-Kautschuk ACM und Silikongummi VMQ/FVMQ/PVMQ.

Silikongummi hat den besonderen Vorteil einer geringen inneren Dämpfung, so dass nur geringe zusätzliche Wärme, die durch periodische elastische Verformung des Werkstoffes entsteht, abgeführt werden muß und sich der Werkstoff nicht selbst schädigt. Silikonbauteile ändern ihre Eigenschaft und ihre Form in den beschriebenen Einbausituationen kaum, so dass sie sich hervorragend für diese Anwendung eignen.

Claims

1. Kolben-Vakuumpumpe mit mindestens einem Kolben (10) und einer den Kolben (10) bewegenden Pleuelstange (11), die über ein Lager (12) drehbeweglich mit dem Kolben (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) und die Pleuelstange (11) durch eine elastische Vorrichtung (EV) verbunden sind.

2. Kolben-Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptübertragungsrichtung der elastischen Vorrichtung (EV) axial zum Kolben verläuft.

3. Kolben-Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorrichtung (EV) einen Kolbenbolzen (16) im Innern des Kolbens (10) trägt, wobei auf dem Kolbenbolzen (16) ein. Kolbenlager (12) der Pleuelstange (11) sitzt.

4. Kolben-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorrichtung (EV) im Verlauf der Pleuelstange (11) angeordnet ist.

5. Kolben-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorrichtung (EV) in ein Kolbenlager der Pleuelstange (11) integriert ist.

6. Kolben-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorrichtung (EV) um ein Kolbenlager (12) der Pleuelstange (11) herum angeordnet ist.

7. Kolben-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorrichtung (EV) aus einem oder mehreren der folgenden Werkstoffe besteht: Silikongummi (VMQ, FVMQ, PVMQ), Fluorgummi (FPM, FQM, FFKM), Acrylat-Kautschuk ACM.