CN102762860B - 计量泵机组以及控制计量泵机组的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种计量泵机组，其具有计量室（16）、与该计量室毗邻设置并能通过容积式驱动器（6）运动的压出器（14）以及用于控制容积式驱动器（6）的控制装置（26），其中，该控制装置（26）设计为，至少针对特定的要由计量泵产生的额定供应流来控制该容积式驱动器（6），使压出器（14）的行程以升高的第一行程速度（n1）开始，然后以较低的第二行程速度（n2）继续。本发明还涉及一种控制这种计量泵机组的方法。

Description

计量泵机组以及控制计量泵机组的方法
技术领域
本发明涉及一种计量泵机组以及一种用于控制这种计量泵机组的方法。
背景技术
公知的计量泵机组具有计量室，其在一侧以例如薄膜形式的压出器为边界。压出器可以改变计量室的容积，从而实现泵吸作用。为了驱动压出器而设置合适的线性驱动器。这种线性驱动器例如是步进电机形式的旋转驱动的驱动电机，其通过偏心轮使联杆以线性振荡运动的形式运动。计量室的输入端和输出端均设有止回阀，用于在吸入行程中防止待供应的介质从压力管道回流到计量室中，并在压缩行程中防止将介质压入吸入管道中，而不是压力管道中。
在以非常低的容量或供应流(例如每小时几毫升)进行定量供给时需要非常缓慢的行程速度(Hubgeschwindigkeit)，例如，压缩行程可以需要几分钟，甚至超过一刻钟。在这种非常缓慢的行程和供应速度中，阀门会由于缺乏动力而不能保证被快速关闭，这将造成泄漏并因此导致很差的定量供给精度。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明的目的在于提出一种计量泵机组，其在非常小的定量供给容积时也能够确保较高的定量供给精度。
本发明的目的通过根据本发明的计量泵机组以及用于控制计量泵机组的方法得以实现。
根据本发明的计量泵机组以公知的方式具有计量室，与计量室相毗邻地设有压出器。压出器由此形成计量室的壁，并可以通过该壁的运动来改变计量室的容积。在吸入行程中计量室的容积增大，而在压缩行程中压出器的运动使计量室的容积减小。为了使压出器运动而设置容积式驱动器对其可以通过控制装置进行控制或调节。通过控制装置可以为容积式驱动器预先设定特别是速度、运行时间和运动方向，从而通过控制容积式驱动器调整或调节需要定量供给的容积。
优选容积式驱动器是电驱动电机，特别是步进电机，对其可以非常精准地控制，以便适当地调整压出器的行程长度和/或行程速度，从而根据预设值保持定量供给的量和定量供给的速度。
驱动电机可以是线性电动机或旋转驱动的电机，其中，旋转运动可以通过适当的传动装置(例如曲轴驱动器，凸轮驱动器，偏心轮或机轴)转化为压出器的线性运动。除了步进电机之外，还可以例如使用EC电机、伺服电机或其他合适的电驱动电机作为驱动电机。
根据本发明，将控制装置和容积式驱动器设计为，即使在行程期间，例如在压缩行程或吸入行程期间，也可以改变压出器的运行速度。这可以通过改变容积式驱动器的速度来实现，例如驱动电机的转数或转速。另外，在此将控制装置设计为，其可以针对由计量泵产生的特定的额定供应流选择容积式驱动器的特殊的运行或驱动特性，并相应地控制容积式驱动器。根据本发明，这样实现这种特殊的驱动特性：使压出器的行程以升高的第一行程速度开始，随后以较低的第二行程速度继续。由于行程以升高的行程速度开始，因此将在待供应的介质或流体上产生更大的冲力或更快的压力上升，由此使止回阀快速关闭。随后通过相应地控制容积式驱动器使行程速度降低，而剩余的行程将以压出器的较低的行程速度或运行速度完成。由此将实现：尽管在行程的开始阶段行程速度升高，但是在整个行程中每个时间单位只供应很小的容积。因此，这种特殊的驱动特性特别适合于供应非常小的体积流，在供应很小的体积流时存在前面所述的问题，即止回阀不能可靠地立即关闭。
优选将控制装置设计为，其至少针对特定的由计量泵产生的供应流这样控制容积式驱动器、例如驱动电机：使压出器的压缩行程以升高的第一行程速度开始，然后以较低的第二行程速度继续。由此将实现：在特别是对于很小供应流的压缩行程中，用于吸入管道的止回阀可以快速、可靠地关闭，从而在那里不会发生或只发生很少的泄漏，并由此在很小的供应流时也能够实现高的计量精度。在基于升高的行程速度的初始冲力(Anfangsimpuls)之后，由控制装置通过降低容积式驱动器的速度(例如驱动电机的转速)来减小行程速度，从而在行程中总体上只实现很小的供应体积流。
根据一种优选的实施方式，将控制装置还设计为，其在压缩行程中实现上述以及下面将要说明的特殊的驱动特性，但仍然需要说明的是，替代或附加地，还可以将控制装置设计为，其在吸入行程中实现上述以及下面将要说明的特殊的驱动策略。
因此，优选将控制装置设计为，其对于低于预设边界值的供应流这样控制容积式驱动器：使压出器以升高的第一行程速度开始，随后以较低的第二行程速度继续。准确的边界值可以根据计量室和特别是所使用的止回阀的结构设计来决定。对于这样的否则就不能实现可靠的阀门关闭的很小的供应体积流来说，应该采用在此所描述的压出器的特殊的运行特性，根据该运行特性，以升高的行程速度开始，随后以相对于该升高的行程速度降低的行程速度继续。对控制装置预先给定相应的特殊边界值或将其存储在控制装置的存储器中。
正如所描述的那样，容积式驱动器的行程速度的改变可以通过利用控制装置进行的相应控制来实现，从而使容积式驱动器根据控制装置的预先设定以不同的速度或转速来运行。在使用步进电机的情况下，电机可以在给定的时间间隔内实现给定的单步转速。为了改变驱动电机的转速，每时间间隔的单步转速可以由控制装置可变地预先设定。
进一步优选将控制装置设计为，将升高的第一行程速度设置成大于额定供应流所需的行程速度。由此实现相对于通常额定供应流所需的行程速度下发生的初始快速压力上升，在待供应的介质上产生更快的初始压力上升，由此使阀门被可靠地关闭，特别是吸入管道中的阀门。为了实现这一目的，必须在行程开始时将行程速度选择为实际上用于更高的供应流的行程速度。通过稍后降低行程速度，使供应流再次达到均衡，从而在整个行程上总体实现比在行程开始时以更高的行程速度所实现的供应体积流低的供应体积流。
在此进一步优选将控制装置设计为，将较低的第二行程速度设置为低于额定供应流所需的行程速度。由此可以共同地以相对于行程开始所选择的高于额定供应流所需的行程速度的行程速度在整个行程中平均实现额定供应流。特别优选将控制装置设计为，根据预设的额定供应流这样选择或计算升高的第一行程速度和降低的第二行程速度以及具有第一行程速度的子行程的持续时间，使得在总行程中实现与所期望的额定供应流相当的平均供应流。可以将在行程中以升高的行程速度运行的持续时间以及该较高的和相对于此降低的行程速度的绝对值针对特定的额定供应体积流存储在控制装置中的存储器中，或者实时地针对所选择的额定供应体积流根据预先给定的算法计算得到。在行程中还可以通过合适的传感器监测体积流，从而在行程期间也可以通过控制装置将行程速度调整到特定的额定值。
根据一种优选的实施方式，以升高的第一行程速度完成总行程的2％或更多。进一步优选以升高的第一行程速度完成少于20％的总行程。该行程不必是最大可能的行程，也可以只是缩短的行程。因此，该行程只是总行程的一小部分，从而在行程开始时升高的行程速度只对要定量供应的介质的恒定的定量供给造成微不足道的影响。由于如果在行程开始时没有该升高的行程速度，会因为糟糕的阀门关闭质量而在很小的供应体积流时出现不期望的泄露，并因此降低定量供给精度，所以在行程开始时通过升高的行程速度将在总体上达到更高的定量供给精度。
行程速度从升高的第一行程速度向较低的第二行程速度的变化可以阶跃式地发生，但也可以斜坡的方式实现。这种变化还可以多步骤或多阶梯地实现，或通过具有变化的斜率的斜坡实现。进一步优选升高的第一行程速度大于等于每分钟六行程，而优选较小的第二行程速度小于每分钟六行程。进一步优选升高的第一行程速度可以基本上等于吸入行程中的行程速度。有利地是，升高的第一行程速度比较小的第二行程速度大数倍，优选升高的第一行程速度是较小的第二行程速度的三倍，根据另一种优选的实施方式，升高的第一行程速度是较小的第二行程速度的五倍或七倍或更多。
此外，本发明还涉及一种控制计量泵机组的方法，在该方法中，这样实现压出器的行程：使该行程以升高的第一行程速度开始，随后以较低的第二行程速度继续。该行程可以是压缩行程或吸入行程。该方法优选在额定供应流下在低于设定的边界值的情况下应用。此外，该方法优选在由前面所描述的根据本发明的计量泵机组的运行中实现。
附图说明
下面根据附图举例说明本发明。在附图中：
图1以截面图示出了根据本发明的计量泵机组，
图2示出了根据本发明的用于很小的供应流的驱动特性的图，其中绘出了电机转速与行程长度的关系。
具体实施方式
根据本发明的计量泵机组具有驱动器壳体2，其上有设置于端侧的泵头4。在驱动器壳体2中设置电驱动电机6形式的容积式驱动器，优选将其设计为步进电机。驱动电机6通过传动装置8驱动偏心轮10。驱动电机6的旋转驱动运动通过偏心轮10转换为联杆12的线性运动。联杆12导致泵头4中的薄膜14沿行程轴线X的方向做行程运动。薄膜14形成计量室16的一侧边界并在计量室16中构成压出器，通过该压出器可以在泵吸或计量时改变计量室16的容积。计量室16与吸入管接头18和压力管接头20相连接。在计量室16中用于吸入管接头18的流动路径中，在吸入通道中串联设置两个止回阀22。相应地，在从计量室16至压力管接头20的流动路径中，在压力通道中串联设置两个止回阀24。在此分别配置两个止回阀22和24。但是需要指出的是，也可以仅使用一个止回阀22和一个止回阀24。
此外，在电机壳体2中设置控制装置或控制电子装置26，其与操作和显示装置28相连接，通过该操作和显示装置28可以设置例如供应流这样的参数和读取由控制电子装置26给出的信息。特定的供应流，例如通过操作和显示装置28设置的供应流，由控制电子装置26转换为对驱动电机6的相应的控制或调节，从而使驱动电机以相应的转速运行，由此使薄膜14以相应的行程速度沿行程轴线X的方向运动。还可以由控制电子装置26通过驱动电机6的转动角来控制行程长度，在此驱动电机6优选为步进电机。
如果选择非常小的供应流，则问题在于，在压缩行程的开始，吸入通道中的止回阀22可能不能直接被完全关闭，从而有可能在那里出现泄漏，这将影响定量供给的精度。为了避免这个问题，将控制电子装置26构造或编程为，使其在供应流低于存储在控制电子装置26中的特定的边界值时采用特殊的驱动特性，以使阀门22和24关闭。相应的边界值可以由泵头4以及尤其是止回阀22和24的特征、大小和具体实施来决定。对于低于特定边界值的很小的供应流，还可以优选采用将在下面进行说明的这种特殊的驱动特性，但是需要说明的是，该驱动特性也可应用于其他的供应流。
下面根据图2详细说明上述驱动特性。在图2中示出了一张图，其中绘出了与压缩行程的行程长度H相关的驱动电机6的电机转速n。图中的点30表示压缩行程的开始，而图中的点32表示压缩行程的结束，薄膜14沿行程轴线X的全部行程长度在点32上达到。根据该具体的驱动特性，该行程以驱动电机6的升高的转速n1开始。控制电子装置26相应地控制电动机6，从而使驱动电机6以该转速运行。由于传动装置8和偏心轮10，这使得薄膜14在压缩行程中具有相应的与升高的第一行程速度成比例的行程速度。该基于升高的转速n1而升高的行程速度使得在行程开始时在计量室16中的流体上产生冲力或较快的压力上升，即较高的压力，这将使吸入侧的止回阀22密封、可靠地关闭。升高的转速n1将在预设的时间内得以保留，这相应于压缩行程的至点34的行程长度。随后以驱动电机6的降低了的转速n2继续压缩行程。因此降低了的转速n2与通过传动装置8和偏心轮10所引起的薄膜14的降低了的行程速度相对应。降低了的转速n2或降低了的行程速度将保持至到达压缩行程的终点32。该与薄膜14的降低的行程速度成比例的降低的转速n2也通过驱动电机6的相应控制由控制电子装置26预先给出。
控制电子装置26根据预设的额定转速ns选择转速n1和n2。额定转速ns与额定行程速度成比例，而额定行程速度又与例如通过在操作和显示装置28上的输入而预先给定的额定供应流成比例。在控制电子装置26中，可以将该成比例的、驱动电机6须以该额定转速来驱动的额定转速存入用于相应的额定供应流的存储器中，或者由控制电子装置26实时算出。此外，对于在此示出的特殊的强度特性，对于特定的额定供应流可以存储相应选择的升高的转速n1(其与升高的第一行程速度成比例)、相应降低的驱动转速n2(其与薄膜14的更低的第二行程速度成比例)以及具有该升高转速n1的子行程的持续时间。替代地，还可以根据存储在控制电子装置26中的算法实时计算转速n1和n2。
行程长度34或薄膜14以升高的第一行程速度或驱动电机6以升高的第一转速n1运行持续时间、与薄膜14的升高的第一行程速度和降低的第二行程速度相对应的第一转速n1的高度和第二转速n2的高度由控制电子装置26来设置，使得在整个行程长度32上平均实现与电机6的额定转速ns相对应的所期望的额定供应流。由此将确保：通过升高的初始转速n1平均在整个压缩行程32中不会配给升高的剂量。相对于以与额定转速ns成比例的恒定的行程速度的配量来说，该量保持恒定不变。优选将以升高的行程速度，即以升高的转速n1实现的行程长度34选择为小于或短于整个行程32的长度，从而在行程开始时只在很短的时间内出现升高的供应流，但这对于在整个行程长度上的总供应流来说可以忽略不计，并且由于改善了止回阀22和24的关闭质量，还获得了提高的定量供给精度。优选点34位于整个压缩行程32的2-20％之间。
在当前所示出的实施例中，在压缩行程的进程中只使用了两个转速n1和n2，在此，转速在点34发生跃变。但是也可以使转速在多个步骤中或缓慢下降地改变。当在整个压缩行程中使用多个不同的转速时，也优选根据高度以及根据采用这些转速和与其成比例的行程速度的持续时间来设置这些转速，使得在整个行程中平均实现所期望的额定供应流。
附图标记列表
2驱动器壳体
4泵头
6驱动电机
8传动装置
10偏心轮
12联杆
14薄膜
16计量室
18吸入管接头
20压力管接头
22，24止回阀
26控制电子装置，控制装置
28操作和显示装置
30压缩行程的起点
32压缩行程的终点
34压缩行程的点，具有升高的速度的子行程的终点
X行程轴线
n电机转速
n1，n2转速
ns额定转速
H行程长度。

Claims (12)

1.一种计量泵机组，具有计量室(16)、与该计量室毗邻设置并能够通过容积式驱动器(6)运动的压出器(14)以及用于控制所述容积式驱动器(6)的控制装置(26)，其特征在于，所述控制装置(26)设计为，至少针对特定的要由计量泵产生的额定供应流来控制所述容积式驱动器(6)，使所述压出器(14)的压缩行程以升高的第一行程速度(n1)开始，然后以较低的第二行程速度(n2)继续。
2.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，所述控制装置(26)设计为，针对低于预设的边界值的供应流来控制所述容积式驱动器(6)，使所述压出器(14)以升高的第一行程速度(n1)开始，随后以较低的第二行程速度(n2)继续。
3.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，通过所述控制装置(26)的相应控制，可以不同的速度来驱动所述容积式驱动器(6)，以改变所述行程速度。
4.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，通过所述控制装置(26)的相应控制，可以不同的转速(n)来驱动所述容积式驱动器(6)，以改变所述行程速度。
5.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，所述容积式驱动器(6)是步进电机。
6.如权利要求1至5中任一项所述的计量泵机组，其特征在于，所述控制装置(26)设计为，将所述升高的第一行程速度(n1)设置成高于额定供应流所需的行程速度。
7.如权利要求1至5中任一项所述的计量泵机组，其特征在于，所述控制装置(26)设计为，将所述较低的第二行程速度(n2)设置成低于额定供应流所需的行程速度。
8.如权利要求1至5中任一项所述的计量泵机组，其特征在于，所述控制装置(26)设计为，通过该控制装置(26)将所述第一行程速度(n1)和第二行程速度(n2)以及具有所述第一行程速度(n1)的子行程的持续时间设置成，使得在整个行程(32)中实现与额定供应流相当的平均供应流。
9.如权利要求1至5中任一项所述的计量泵机组，其特征在于，以所述升高的第一行程速度(n1)实现总行程的2％或更多。
10.如权利要求1至5中任一项所述的计量泵机组，其特征在于，以所述升高的第一行程速度(n1)实现少于20％的总行程。
11.一种控制如权利要求1至10中任一项所述的计量泵机组的方法，其特征在于，实现压出器(14)的行程，使该行程以升高的第一行程速度(n1)开始，随后以较低的第二行程速度(n2)继续。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在低于预定边界值的额定供应流下使用该方法。
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