CN102762864B - 计量泵机组 - 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（6）、构成该计量室的边界并可通过容积式驱动器（22）运动的压出器以及用于控制该容积式驱动器的控制装置（30）。该控制装置设计为，至少在特定的运行状态下对该容积式驱动器进行控制，使压出器的行程、特别是压缩行程以较低的第一行程速度开始，并在该行程（36）的继续运行中将行程速度提高至升高的第二行程速度。

Description

计量泵机组
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驱动电机的方法。
背景技术
计量泵机组公知地设计为容积式泵，其具有计量室，计量室具有例如薄膜形式的压出器。在供应脱气介质时存在的问题是：在计量室中可能形成气泡。这特别是还发生于泵的停止状态中。这些气泡会损害计量精度，因为气泡占据了一部分要计量的液体容积，此外，气泡是可以被压缩的。因此需要尽可能快地将这些气泡从计量室中清除。但并非总是能够达到此目的，特别是在泵的停止状态时有可能在计量室中出现更大总量的气体积聚。在特定的气体-液体比例关系下有可能导致泵被堵塞，这意味着计量泵不能再吸入更多的液体。
发明内容
本发明的目的在于提出一种改进的计量泵机组，其能够防止由于气泡在计量室中更大的积聚而导致停止运转。
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容积式驱动器的方法得以实现。
根据本发明的计量泵机组，其具有计量室、形成该计量室的边界并能够通过容积式驱动器运动的压出器以及用于控制该容积式驱动器的控制装置，其中，所述控制装置设计为，其至少在特定的运行状态下这样控制所述容积式驱动器，使所述压出器的压缩行程以较低的第一行程速度开始，并在所述压缩行程的继续运行中在所述压缩行程的终点附近将行程速度提高至升高的第二行程速度。
根据本发明的控制计量泵机组的容积式驱动器的方法，其中，对用于使压出器运动的容积式驱动器，使所述压出器的压缩行程以较低的第一行程速度开始，并在所述压缩行程的继续运行中在所述压缩行程的终点附近将行程速度提高至升高的第二行程速度。
根据本发明的计量泵机组以公知的方式具有计量室，计量室具有与其毗邻或设置在其中的压出器。压出器可以通过容积式驱动器(例如驱动电机)运动。此外，为了控制或调节容积式驱动器设置了控制装置，用于调整或控制例如容积式驱动器的速度或转速。另外，优选为计量泵机组配备识别系统，用以识别计量室中的气泡。该识别系统可以具有例如设置在泵头或计量头(Dosierkopf)中的传感器，例如由专利文献WO2006108606A1可知这样的识别系统。
根据本发明，控制装置设计为，在至少一个工作状态下，例如当通过识别系统识别到计量室中的气泡时，以特定的方式控制容积式驱动器。这种特定的控制可以例如根据所确定的气泡在行程容积中的容积份额由控制装置来选择。但是也可以一直使用这种控制。为此，这样设计控制装置或使其具有相应地用于控制容积式驱动器的程序，根据该程序，压出器的行程，特别是压缩行程以较低的第一行程速度开始，并在行程或压缩行程的继续运行中将行程速度提高至升高的第二行程速度。通过在行程终点上的升高的行程速度(其可以通过较高的容积式驱动器的速度，例如较高的驱动电机转速来实现)例如将导致：由于由此在计量室中产生的压缩冲力，因而延迟关闭压力阀，即压力侧的止回阀，从而在下一步的吸入行程开始时发生从压力管道向计量头的液体回流。由此将改善计量室中的液体-气体比例。这意味着计量室中的液体份额增加。通过这种方式可以实现相对于由于过高的气体含量(气锁(Airlocking))所造成的计量停止的更高的安全性。此外，通过升高的行程速度可以例如在行程终点附近更快地将气泡从计量室中挤出。
从较低的第一行程速度开始还可以在多个阶段中使速度上升至升高的第二、必要时第三以及其他更高的行程速度。在此，这种速度升高可以是跃变的，或者也可以是沿斜坡实现的。
优选将控制装置设计为，其对于压缩行程选择上述以及下面将要描述的特殊控制或控制特性，但是需要指出的是，也可以在吸入行程中采用所描述的这些特殊控制，即，例如在吸入行程的终点附近提高行程速度。
还可以根据对气泡的识别由控制装置自动激活这种特定控制，或者还可以设置手动激活。也可以在计量泵机组运行期间总是由控制装置执行这样的控制。
优选将控制装置设计为，其通过特定的控制策略，例如根据对计量室中的气泡的识别来控制容积式驱动器，使行程速度在行程或压缩行程的终点附近得以提高。这意味着，行程的大部分以一个或多个较低的行程速度实现，而上述较高的压缩速度在行程的相对较小的终点区域中才采用，从而总体上不会供应比额定体积流更高的体积流。
根据另一种优选的实施方式，将控制装置设计为，其例如根据对计量室中的气泡的识别来控制容积式驱动器，使跟随在压缩行程之后的吸入行程以升高的、优选为第二行程速度开始。由此再次有利于来自压力通道的回流。
优选行程的具有升高的第二行程速度的部分，也就是优选行程的最后部分占整个行程的2％到15％。由此在整个行程、特别是压缩行程上的总供应流通过在行程终点的更快的行程速度或驱动电机的更快的驱动转速的增加仅是很些微的。在此要说明的是，其中2％到15％之间的一部分以升高的行程速度行进的行程不必是计量泵机组的最大可能行程。更确切地说，该行程还可以是缩减的行程，其中又有一部分以升高的行程速度实现。
进一步优选将控制装置设计为，其在根据对气泡的识别进行控制时这样调整较低的第一行程速度：在考虑气泡容积的条件下，可以通过压出器的行程实现所期望的待供应液体的额定供应流。这意味着，为了平衡容积和气泡的可压缩性并确保能够基本上实现所要求的待供应液体的额定供应流，要在总体上实现对更高供应流的驱动。
根据另一种优选的实施方式，对第一行程速度进行优化，使气泡在计量室中保留足够长的时间，并在计量室中上升到压力通道中，从而尽可能完全地将气泡从计量室中挤压或输送出去。为此不应该将行程速度设置得太高。在识别气泡或超过预设的边界值的气泡量时，也可以考虑将此应用于控制装置的相应的控制程序中。
优选较低的第一行程速度小于或等于每分钟100行程，在此，当以低流量进行供应时，该速度例如还可以小于每分钟20行程。优选升高的第二行程速度位于每分钟120到300行程之间。
进一步优选将控制装置设计为，其这样设置较低的第一行程速度、升高的第二行程速度和在整个行程上、特别是在压缩行程上具有第二行程速度的子行程的份额，使得能够在整个行程上实现相当于额定供应流的平均供应流。这意味着，通过在行程的第一部分中由于较低的行程速度或驱动转速而相应较小的供应流可以对在具有相关的升高的供应流的行程的第二部分或末端的升高的行程速度进行补偿。此外，通过如上所述地在压缩行程的第一部分中降低驱动转速或行程速度，可以有利于从计量室中去除气泡。
优选用于识别计量室中的气泡的识别系统具有至少一个压力传感器，用于检测由计量泵输送的液体的压力，并将该识别系统设计为，根据由至少一个压力传感器检测到的压力值来识别气泡的存在。为此可以将压力值与额定值相比较。在此，可以同时例如从识别系统中的存储器中调出通过控制装置设置的容积式驱动器的速度，以选择相应的额定压力值。识别系统可以构造为独立的电子单元，但是也可以与控制装置一起构成一体化的电子装置。除了诸如传感器这样的所需要的硬件之外，特别可以将识别系统作为控制装置中的软件来实现。
进一步优选将至少一个压力传感器设置在计量室之中或之上或者设置在从计量室向下游延伸的压力通道之中或之上。这意味着，优选尽可能接近计量室地设置传感器，以便能够在那里不受后来的液压系统中的外部影响地无失真地检测泵的供应压力。此外，还可以将传感器集成在计量泵机组中，特别是集成在计量泵机组的泵头中，从而不需要在安装计量泵机组时装配外部传感器并与计量泵机组或控制装置或识别系统相连接以进行信号传输。因此所要求的用于信号传输的系统或线路也可以受保护地集成在计量泵机组中。
根据另一种优选的实施方式，将识别系统设计为，检测在压出器的至少一个压缩行程上的压力进程，并根据该压力进程识别气泡的存在。在此，优选可以同样将该压力进程与预设的额定压力进程进行对比。如果计量室中存在气泡，通常由于气体的可压缩性，压力要在压缩行程开始时一定的延迟之后才上升。因此例如为了识别气泡，可以通过识别系统检测压力进程是否在压缩行程开始之后立即上升或是有一定的延迟。如果该延迟超过预设的边界值，则可以由此推断出在计量室中存在一定量的气体。此外，还可以由这种延迟或压力进程推断出计量室中气体的量。
因此优选将识别系统设计为，确定在总行程容积中气泡的份额。因此在识别气泡时，当识别出的气泡在计量室的总容积中的份额的特定边界值时，可以通过控制装置例如选择上述用于控制容积式驱动器的特定的驱动或运行编程。优选将边界值选择为，在低于该边界值时能够可靠地避免供应停止，而在达到该边界值时通过由控制装置选择的特殊驱动策略同样可以避免供应停止。
因此优选将控制装置设计为，其在识别出气泡所占的行程容积的份额大于预设的第一边界值时对容积式驱动器进行控制，使压出器的行程特别是压缩行程以较低的第一行程速度开始，并在行程的继续运行中将该行程速度提高至升高的第二行程速度。将该边界值选择为，在气体占有计量室容积的更小的份额时，由控制装置执行用于控制驱动的常规程序，而不是执行上述特的特殊程序或上述的特殊驱动策略。在此，该边界值为行程容积中气体份额，其是非常小的，以至于不会导致泵的供应停止。因此将边界值选择为，超过某一气体份额就要担心供应停止，将上述特定的驱动策略选择为，在该驱动策略下使行程速度朝向行程的终点而升高。
优选第一边界值相当于大于行程容积的65％的容积份额，优选大于行程容积的70％或75％的容积份额。这意味着，如果气体容积小于行程容积的65％、70％或75％，还不会选择特定的驱动策略，直到检测到这样更高的气体含量，才会特别是在压缩行程中朝向行程终点提高容积式驱动器的行程速度或驱动转速。
接下来优选将控制装置设计为，对容积式驱动器进行控制，其中使压出器的行程、特别是压缩行程以较低的第一行程速度开始，并在该行程的继续运行中将行程速度提高至升高的第二行程速度，直至识别系统识别出气泡所占计量室的容积的份额小于预设的第二边界值。通过这种方式可以保证，计量泵只要在这种模式下就以朝向行程终点升高的行程速度运行，直至能够再次确保其中不必再担心发生供应或计量停止的、这样的运行安全。优选预设的第二边界值小于第一边界值，以防止在两种运行模式之间的反复摇摆。
根据一种特别优选的实施方式，容积式驱动器是驱动电机，特别是步进电机。通过这种步进电机可以非常准确地控制压出器的行程，因为该驱动电机将以多个单步(Einzelschritten)旋转运动。通过每时间单位的单步的数量可以改变转速，并因此还可以改变行程速度。此外，还可以通过使驱动电机转动设定的步数，来准确地定义行程长度。但是也可以使用其他的旋转驱动电机，例如EC电机或伺服电机。在转动驱动电机中设置传动装置，用以将旋转运动转换为线性运动，例如偏心轮、凸轮驱动机构或蜗杆传动机构。但是还可以使用电线性驱动器或线性电机来代替旋转驱动电机。
本发明还涉及一种用于控制计量泵机组的容积式驱动器的方法。在此，优选计量泵机组是如前所述的计量泵机组。在该方法中，特别是在识别计量室中的气泡、优选在识别设定的气泡占总行程容积的份额时，这样控制用于使计量泵的压出器运动的容积式驱动器，使压出器的行程、特别是压缩行程以较低的第一行程速度开始，并在该行程的继续运行中将行程速度提高至升高的第二行程速度。优选这种速度提高朝向行程或压缩行程的终点进行，从而使大部分行程以较低的第一行程速度进行。从较低的第一行程速度上升至升高的第二行程速度可以是跃变的，也可以在多步中连续上升地实现。为此可以相应地设计前面所述的控制装置。此外，优选如同上面根据计量泵机组所描述的那样执行该方法。
附图说明
下面借助附图举例说明本发明。在附图中：
图1示出了根据本发明的计量泵机组的截面图；
图2示出其中绘出了驱动电机的转速与压缩行程的关系的图。
具体实施方式
所示出的泵机组具有驱动器壳体2，该驱动器壳体2具有在端侧安装的泵头4。在泵头4中构成计量室6，计量室6在一侧以薄膜8为界。薄膜8沿着行程轴线X线性运动。计量室6与压力管接头10和吸入管接头12相连接。在连接计量室6和压力管接头10的压力通道14中，设置两个止回阀16。在连接计量室6和吸入管接头12的吸入通道18中，设置两个止回阀20。
在驱动器壳体2中设置电驱动电机22形式的容积式驱动器，优选为步进电机。驱动电机22通过传动装置24和偏心轮26驱动联杆28，联杆28使薄膜8沿行程轴线X进行线性行程运动。为了控制驱动电机22，在驱动器壳体2中设置控制装置或控制电子装置30，控制电子装置30根据取决于预定参数的转速和转动角度来控制驱动电机22。这例如可以通过操作单元32来进行设置。此外，控制电子装置30包括识别系统，用于识别计量室6中的气泡。该识别系统可以在控制电子装置30中作为硬件和/或软件实现。该识别系统包括压力传感器34，其用于检测计量室6中的压力并将相应的输出信号通过在此未示出的导线连接提供给控制电子装置36。
根据压缩行程中的压力进程，可以通过压力传感器34识别在计量室中是否存在气泡。如果在计量室6中存在气泡，压力将相对于压缩行程的开始延迟地上升，因为气体首先在气泡中被压缩。这种压力上升延迟的持续时间表示气体容积在行程容积中的含量，从而通过控制电子装置30或在其中实现的识别系统还可以检测行程容积中气体部分的量。
如果现在识别系统检测到预定的气体含量，例如超过行程容积70％的气体含量，则存在供应或计量停止的危险，也就是说，计量泵在吸入行程中可能不能继续吸入待供应的液体，替代地，通过薄膜8的行程仅仅使气体容积压缩和扩张。为了防止这种情况，在根据预先给定的例如70％的气体含量时，由控制电子装置实施特定的用于控制驱动电机22的控制方法或控制策略。
这种控制策略意味着，在该实施例中，驱动电机22在压缩行程的开始首先以较低的转速n1运行，如图2所示。驱动电机22的转速与薄膜8的行程速度成比例。在图2中绘出了电机转速n与行程H的关系。在此详细示出了压缩行程36，其中示出了未完整示出的吸入行程38。压缩行程36以驱动电机22的降低了的转速n1开始，从而薄膜8首先相应地以较低的行程速度运行。在压缩行程36的末尾，从点40开始，转速从较低的转速n1被提高到升高的转速n2。由此，将该行程速度也提高到按比例升高的行程速度。利用该升高的转速n2实施压缩行程36的最后部分，例如压缩行程的最后2-20％。吸入行程38的开始也可以该升高的转速n2实现，随后吸入行程中的转速又再次降低。通过该升高的转速n2和与其相关的在压缩行程36的末尾升高的行程速度可以实现：在压缩行程的末尾在计量室6中产生升高的压缩冲力，该压缩冲力在吸入行程38的开始延迟止回阀16的关闭。通过这种方式将实现：在吸入行程的开始出现流体从部分压力管道14的回流，这部分压力管道14位于面向计量室6的第一止回阀16的下游。由此提高了计量室6中的液体含量，并相应地降低了计量室中的气体-液体比例，从而提高了针对供应停止的运行安全性，因为相应地减少了总容积中的气体含量。
可以这样选择较低的转速n1、升高的转速n2以及在点40和压缩行程36的终点之间以升高的驱动转速n2实施的压缩行程的部分，使得在整个压缩行程中平均实现额定供应流，该额定供应流通常以额定转速ns实现。在此，ns是驱动电机22在正常状态下用以实现额定供应流运行所需的额定转速。在实施所描述的用以确保供应的控制策略中，将较低的转速n1选择为低于额定转速ns，而将升高的转速n2选择为高于额定转速ns，从而在整个压缩行程36中平均获得额定转速ns，并由此实现相关的额定供应流。此外，相对于具有相比较低的行程速度的压缩行程的开始降低转速的优势在于：在较低的行程速度时，气泡在计量室6中将保留更多的时间，并在计量室中上升到压力管道14中，从而能够更好地将气泡从计量室6中排出。
如图2所述的控制策略由控制电子装置30保持，直至识别系统通过压力传感器34检测出在计量室6的容积中的气体含量低于预设的边界值。优选该边界值低于所述控制策略开始时的边界值。这意味着，在必要时可以通过这种方式对多个压缩行程36执行该控制策略。
附图标记列表
2驱动器壳体
4泵头
6计量室
8薄膜
10压力管接头
12吸入管接头
14压力通道
16止回阀
18吸入通道
20止回阀
22驱动电机
24传动装置
26偏心轮
28联杆
30控制电子装置
32操作单元
34压力传感器
36压缩行程
38吸入行程
40压缩行程的点，转速在该点上发生变化
n转速
nl较低的转速
n2较高的转速
ns额定转速
H行程
X行程轴线。

Claims (18)

1.一种计量泵机组，其具有计量室(6)、形成该计量室的边界并能够通过容积式驱动器(22)运动的压出器以及用于控制该容积式驱动器(22)的控制装置，其特征在于，所述控制装置(30)设计为，其至少在特定的运行状态下这样控制所述容积式驱动器(22)，使所述压出器的压缩行程(36)以较低的第一行程速度开始，并在所述压缩行程(36)的继续运行中在所述压缩行程(36)的终点附近将行程速度提高至升高的第二行程速度。
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(30)具有识别系统，用于识别所述计量室(6)中的气泡，在此所述控制装置设计为，其在识别所述计量室(6)中的气泡时这样控制所述容积式驱动器(22)，使所述压出器的压缩行程(36)以较低的第一行程速度开始，并在所述压缩行程(36)的继续运行中将行程速度提高至升高的第二行程速度。
3.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(30)设计为，控制所述容积式驱动器(22)，使所述行程速度在所述压缩行程(36)的终点附近提高。
4.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(30)设计为，控制所述容积式驱动器(22)，使紧接在压缩行程(36)之后的吸入行程(38)以升高的行程速度开始。
5.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(30)设计为，控制所述容积式驱动器(22)，使紧接在压缩行程(36)之后的吸入行程(38)以升高的第二行程速度开始。
6.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，具有所述升高的第二行程速度的所述压缩行程(36)的部分占整个压缩行程(36)的2％到15％之间。
7.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(30)设计为，设置所述较低的第一行程速度，在考虑气泡体积的情况下，可以通过所述压出器的行程(H)实现所期望的待供应液体的额定供应流。
8.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(30)设计为，对所述较低的第一行程速度、升高的第二行程速度和在整个压缩行程(36)上具有所述第二行程速度的子行程的份额进行调整，使得在整个行程(H)上实现与额定供应流相当的平均供应流。
9.如权利要求2所述的计量泵机组，其特征在于，所述识别系统具有至少一个压力传感器(34)，用于检测由所述计量泵供应的液体的压力，所述识别系统设计为，借助由所述至少一个压力传感器(34)检测到的压力值识别气泡的存在。
10.如权利要求9所述的计量泵机组，其特征在于，所述至少一个压力传感器(34)设置在所述计量室(6)之中或之上或者设置在从所述计量室(6)向下游延伸的压力通道(14)之中或之上。
11.如权利要求9所述的计量泵机组，其特征在于，所述识别系统设计为，检测在所述压出器的至少一个压缩行程(36)上的压力进程，并根据该压力进程识别气泡的存在。
12.如权利要求2所述的计量泵机组，其特征在于，所述识别系统设计为，确定气泡在所述计量室(6)的总容积中所占的份额。
13.如权利要求12所述的计量泵机组，其特征在于，所述控制装置(30)设计为，在识别出气泡所占的所述计量室(6)的容积的份额大于预设的第一边界值时对所述容积式驱动器(22)进行控制，使所述压出器的压缩行程(36)以较低的第一行程速度开始，并在所述压缩行程(36)的继续运行中将该行程速度提高至升高的第二行程速度。
14.如权利要求13所述的计量泵机组，其特征在于，所述第一边界值为容积份额大于所述行程容积的65％。
15.如权利要求13所述的计量泵机组，其特征在于，所述第一边界值为容积份额大于所述行程容积的70％或75％。
16.如权利要求13至15之一所述的计量泵机组，其特征在于，所述控制装置(30)设计为，对所述容积式驱动器(22)进行控制，其中使所述压出器的压缩行程(36)以较低的第一行程速度开始，并在所述压缩行程(36)的继续运行中将行程速度提高至升高的第二行程速度，直至所述识别系统识别出气泡所占所述计量室(6)的容积的份额小于预设的第二边界值。
17.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(22)是步进电机。
18.一种用于控制计量泵机组的容积式驱动器(22)的方法，其特征在于，对用于使压出器运动的容积式驱动器(22)，使所述压出器的压缩行程以较低的第一行程速度开始，并在所述压缩行程(36)的继续运行中在所述压缩行程(36)的终点附近将行程速度提高至升高的第二行程速度。
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