CN103688053B - 用于计量流体的隔膜泵和相应方法 - Google Patents

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Abstract

一种隔膜泵(10)，特别是用作洗涤剂计量泵，包括：具有至少第一止回阀(14)和第二止回阀(16)的泵壳体(12)、流体室(18)、界定流体室(18)的壁并且可往复移动的隔膜(20)、具有使所述隔膜(20)往复移动的传动轴(30)的传动装置(28)，控制单元(36)，其中通过偏心轮(26)和连杆(24)使传动装置(28)连接到隔膜(20)，其中传动装置(28)被配置成无齿轮传动以使隔膜(20)直接往复移动。根据本发明的隔膜泵(10)提供增加的成本效率并且进一步有可能增加隔膜泵(10)的计量能力。

Description

用于计量流体的隔膜泵和相应方法
技术领域
本发明涉及一种特别是用作洗涤剂计量泵的隔膜泵，和相应方法。
发明背景
隔膜泵和活塞泵被用来供应具有各种属性的定量的液体。根据应用领域，泵的行为受到各种要求的影响以便确保计量介质的运送数量尽可能准确并且尽可能长时间的保持不变。
隔膜泵为使用正位移来移动液体的常见的工业泵。这些设备通常包括单一的隔膜和室，以及排出止回阀以防止回流。活塞耦合到隔膜或用于迫使液压油传动隔膜。隔膜泵通常是高度可靠的，这是因为隔膜泵不包括相互摩擦的内部零件。由于传动装置通常与泵的液压零件完全分离，故隔膜泵可以处理各种介质（包括研磨材料、酸、化学物质等）。由于隔膜泵可能以最大排放量运送体积极小的流体，故隔膜泵特别适合作为计量泵。
将隔膜泵用作计量泵的另一个原因是这些泵具有两个冲程，即，从贮存器吸出介质的吸气冲程，以及进行将计量介质运送到例如计量线中的压缩冲程或运送冲程。例如，本领域中已知的隔膜泵包括吸入止回阀以及排出止回阀以防止回流。这些止回阀通常被弹簧偏置并且通过待泵送的介质的压力差被打开和关闭。止回阀通常只通过流体的差动压力来操作。这个压缩弹簧施加比较低的弹簧弹力以便确保止回阀可以很容易地被打开。这尤其适用于在泵的吸入侧上的止回阀。
长期需要增加隔膜泵的成本效率，以及提高隔膜泵的计量能力。
因此，本发明的目的为提供一种改进的隔膜泵，其提供增加的成本效率并且进一步需要增加隔膜泵的计量能力。
发明概要
这个目的是通过一种用于计量流体，特别是用作洗涤剂计量泵的隔膜泵，以及通过一种用于计量流体的方法来解决，所述隔膜泵具有如权利要求1所述的特征并且所述方法具有如权利要求9所述的特征。在从属权利要求中公开所述隔膜泵和所述方法的本发明的目的的优选实施方案、额外的细节、特征、特性和优点。
在本发明的一般方面，特别是用作洗涤剂计量泵的隔膜泵包括具有至少第一止回阀和第二止回阀的泵壳体、流体室、界定流体室的壁并且可往复移动的隔膜、具有使所述隔膜往复移动的传动轴的传动装置，控制单元，其中通过偏心轮和连杆使传动装置连接到隔膜，其中传动装置被配置成无齿轮传动以使隔膜直接往复移动。
泵壳体可以容纳流体室、隔膜和至少第一止回阀和第二止回阀，其中第一止回阀可以允许流体流入流体室，例如，在隔膜泵的吸入循环期间，并且第二止回阀可以允许流体离开流体室，例如，在隔膜泵的计量循环期间，从而防止在从流体室排出流体之后流体流回到流体室中。隔膜泵可以被优化成自吸泵。控制单元被提供用于控制隔膜泵的操作，特别是用于控制传动装置，例如，传动装置的传动速度。传动装置的传动速度为可以用每分转数(rpm)测量的转速。传动装置包括传动轴，其中传动轴以传动装置的转速旋转。传动装置连接到偏心轮，其中偏心轮连接到基本上刚性连杆。例如，连杆弹性连接到隔膜以使得可以将传动装置和/或偏心轮的旋转移动变成用于使隔膜往复移动的连杆的基本上平移往复移动。除了柔性隔膜边缘之外，隔膜可以是基本上刚性的，以便获得流体的与压力无关的位移。用于使隔膜往复移动的传动装置以无齿轮传动的形式被配置成没有齿轮箱、无齿轮箱，以便用传动装置的速度（即，传动速度）使隔膜直接往复移动。传动装置以无传动的方式被配置成直接传动以便直接传动隔膜。
根据本发明的隔膜泵比根据目前工艺水平的设备有几个优点。例如，省略齿轮箱会使能够显著降低隔膜泵的生产成本，因此增加了隔膜泵的成本效率。此外，无齿轮传动降低了传输损耗，因此增加了隔膜泵的效率。另一优点为在没有齿轮箱的情况下，可以降低在操作期间发出的隔膜泵的噪音。此外，在没有齿轮箱的情况下，可以增加隔膜泵的耐力，从而增加隔膜泵的可靠性。改进的隔膜泵的另一优点为在没有齿轮箱的情况下，通过使用传动装置直接传动隔膜会使传动装置能够更动态地传动隔膜，因此提高隔膜泵的计量能力。
在本发明的另一实施方案中，传动装置为步进电机，特别是混合式步进电机。可以用可以将全程旋转分成多个步骤的无刷电动机的形式设计步进电机。步进电机包括传动轴，并且可以精确地控制传动轴的定位。混合式步进电机组合永磁电机和可变磁阻电机的原理，从而提供基本恒定的高转矩并且实现传动速度的高动态调制。高动态调制意指迅速及时执行传动速度的所需的变化的调制。步进电机或混合式步进电机可以由控制单元控制，从而使能够高动态地精确定位隔膜。
在本发明的另一优选实施方案中，偏心轮直接附接到传动装置的传动轴。偏心轮可以通过正配合附接到传动装置和/或牢固地粘接到传动轴。通过将偏心轮直接附接到步进电机的传动轴，有可能省略齿轮箱并且使用传动装置直接传动隔膜。此外，步进电机允许例如通过调制的传动速度来精确控制隔膜的移动，这进一步增加了隔膜泵的计量能力。
在本发明的特别优选实施方案中，检测器单元被提供用于检测传动装置和/或偏心轮的角位置。检测器单元可以检测传动装置（例如，混合式步进电机）的传动轴的角位置。例如在传动装置不操作时，检测器单元可以例如使用巨磁阻角度传感器检测传动装置的绝对角位置，和/或例如在传动装置操作时，检测器单元可以检测传动装置，特别是传动轴的角位置的变化。检测器单元可以连接到控制单元以便将位置信号和/或位置变化信号发送到控制单元。这具有的优点是控制单元可以根据例如传动轴和/或附接到传动轴的偏心轮的位置而改变或调制传动装置，特别是混合式步进电机的传动速度。
此外，在本发明的优选实施方案中，检测器单元包括可连接到传动装置和/或偏心轮的指示装置，以及用于检测指示装置的传感器。指示装置可以连接到传动轴，其中传感器（例如，光学传感器）可以被单独地定位。指示装置可以对应于全计量循环和/或全吸入循环，因此允许根据计量循环和/或吸入循环检测隔膜的位置。
在本发明的另一优选实施方案中，指示装置为被布置在外围区域的至少一部分上的反射表面和/或传动装置和/或偏心轮的正面。例如，指示装置可以在正面附接到传动轴和/或偏心轮。指示装置可以为反射表面或涂覆例如光反射涂料的表面，其适合于反射可以由检测器单元的传感器发出的光。指示装置可以位于传动轴和/或偏心轮的外围表面的至少一部分上。指示装置可以沿着传动轴和/或偏心轮的外围表面延伸约180°，其中指示装置被分配给隔膜的定义的位置，例如，吸入循环和/或计量循环，特别是全计量循环和/或全吸入循环。例如，指示装置可以在偏心轮的外围表面上延伸约180°并且被分配给计量循环，其中延伸约180°的另一面不具备指示装置，从而使能够检测计量循环或吸入循环是否有效。对于计量循环和吸入循环，可能存在单独的和通过传感器可分离的指示装置。指示装置也可能例如以对应于计量循环或吸入循环的半圆的形状附接在传动装置和/或偏心轮和/或传动轴的正面上。
在本发明的另一优选实施方案中，传感器被集成到控制单元中。例如，通过将传感器布置在控制单元的电路板上，传感器，特别是光学传感器，可以被集成到隔膜泵的控制单元中。这实现检测器单元，特别是传感器的成本效益的生产。
在本发明的优选实施方案中，优选通过螺栓连接将连杆直接附接到隔膜。隔膜可以包括用于将隔膜连接到连杆的连接器，其中连接器可以被布置在背向流体室的隔膜的面上并且其中连接器可以至少部分地由弹性材料组成。连接器可以附接到隔膜以便通过在大面积的隔膜上铺展例如从连杆传输的力来增加隔膜的刚性，以使得降低隔膜内部的应力。连杆可以螺栓到隔膜和/或连接器上，从而实现隔膜与连杆的耦合，特别是柔性耦合。这种设计在隔膜泵在使用时使电力能够从传动装置，特别是连杆，可靠传输到隔膜。
本发明的另一方面为一种用于计量流体的方法，其包括以下步骤：提供如权利要求1至8中任一项所述的隔膜泵、通过计量流体室内部的流体的至少部分开始计量循环、优选在至少部分地计量流体之后开始吸入循环。
隔膜泵可能在加电后以计量循环或吸入循环开始。例如，在计量循环中，通过隔膜的计量移动，通过例如第二止回阀从流体室排出流体室内部的流体。在计量循环期间，排出和/或计量流体室内部的流体的至少一部分。例如，在计量循环后，至少部分空的流体室可以通过开始吸入循环被填充以便通过例如第一止回阀将流体吸入流体室中，其中隔膜向外移动，因此增加了流体室的体积。可以根据要计量的流体的量多次重复计量循环和吸入循环。使用根据本发明的隔膜泵计量流体的方法具有的优点是由于泵的简化构造，故增加了成本效率。此外，可以降低散热并且通过直接传动隔膜，提高隔膜移动的控制，因此提高计量能力。
在方法的优选实施方案中，检测传动装置和/或偏心轮的角位置，可选地，在完成用于填充流体室的吸入循环之后，将隔膜移动到定义的位置，例如，计量循环的开始。传动装置，特别是例如混合式步进电机的传动轴，和/或偏心轮的角位置可以由检测器单元来检测，检测器单元包括指示装置和传感器，特别是光学传感器。传感器可以检测被设计成对应于计量循环和/或吸入循环的指示装置，例如，以在例如偏心轮上的例如对应于计量循环或吸入循环的正面安装的半圆状反射表面的形式。根据在为隔膜泵加电时指示装置的位置，传感器检测到指示装置（例如反射表面）或没有检测到指示装置。传动装置可以用任一方式通过计量循环或吸入循环移动隔膜，直到传感器检测到指示装置的结束或开始，其中控制单元可以停止传动装置和隔膜的移动。因为指示装置对应于计量循环或吸入循环，因此有可能将隔膜移动到定义的位置中，例如，计量循环的开始。例如，如果指示装置对应于计量循环并且传感器在加电后检测到指示装置，那么控制单元具有的指示是隔膜位于计量循环中并且可以控制传动装置以便在吸入循环的方向上移动隔膜，从而填充流体室，直到传感器感测到指示装置的结束。这个“是或不是”指示装置提供具有成本效益的方式以指示计量循环和/或吸入循环，并且可选地，在首先完成用于填充流体室的吸入循环之后使能够将隔膜移动到定义的位置中。例如，在传动装置使隔膜往复移动时和/或在传动装置不操作以便验证隔膜的位置时，可以例如使用巨磁阻(GMR)角度传感器来检测传动装置的绝对角位置并且因此隔膜的位置以及循环的不断的检测，以便允许沿着最短路径将隔膜直接移动到定义的位置中。这具有的优点是可以增加隔膜泵的计量能力。
在特别优选实施方案中，方法包括以下步骤：调制传动速度以便提供流体的基本恒定的体积流量。控制单元可以根据传动装置和/或偏心轮的角位置、隔膜的位置，和/或隔膜泵的循环，特别是在计量循环和/或吸入循环期间，调制传动装置的传动速度。由于隔膜泵的构造，隔膜必须在每个循环结束时改变其工作方向，并且因此在循环期间通过隔膜移动的流体的体积可能不是恒定的。可以通过反正弦(1/sin)调制来调制或改变传动速度，因此在计量循环期间提供流体的基本恒定的体积流量。通过高动态调制传动装置的传动速度、传动速度的快速响应变化，有可能在循环期间，例如在计量循环和/或吸入循环期间提供流体的基本恒定的体积流量。传动速度可以在循环的中间低于在循环的开始和/或结束。此外，通过调制传动速度，可以降低在循环结束和/或开始时的液压冲击。
在另一优选实施方案中，方法包括以下步骤：控制计量循环的长度以便在给定的时间计量具有基本恒定的体积流量的流体的至少一部分。这允许与时间成正比的计量循环，其中在给定的时间进行计量具有基本恒定的体积流量的流体的至少一部分。在与时间成正比的计量循环期间，流体的体积流量为基本恒定的并且计量的持续时间受控制。在为隔膜泵加电之后，控制单元可以通过传动装置将隔膜移动到定义的位置中，例如，在计量循环的开始，如果需要的话在吸入循环之后。与时间成正比的计量循环允许计量流体（例如，洗涤剂）的确切的量，其中要计量的流体的量是可调整的。
在方法的优选实施方案中，以避免在流体中排气的方式调制吸入循环的传动速度。快速移动隔膜并且因此例如快速减少流体室内部的压力可能导致流体内部的排气。可以根据使用的特定流体调制传动速度，以便实现特定流体的尽可能最快的吸入循环。例如，吸入循环可能以低的传动速度开始，从而允许由于低的流率引起的低的压力下降，并且增加到最大流体特定的传动速度。
在方法的优选实施方案中，改变传动速度以便加长或缩短吸入循环和/或计量循环。传动装置的传动速度为基本上确定吸入循环和/或计量循环的长度的速度，其中慢的传动速度引起循环时间增加，反之亦然。这对于通过长的计量线用降低的速度泵送流体和/或用降低的速度泵送高粘度流体是特别有利的，这是因为基于流体的降低的速度的减少的摩擦力，以及因为流体的质量的减少的加速度。可以进一步调制传动速度。
附图简述
在图中和各图的以下描述中公开本发明的目的的额外的细节、特征、特性和优点，这些图以示例性方式示出根据本发明的分配系统的一个实施方案和实例。在图中：
图1示出根据本发明的隔膜泵的剖面图；以及
图2示出根据本发明的隔膜泵的另一实施方案的透视图。
图1中的图解示出本发明的实施方案。在图1中，示出隔膜泵10，其包括泵壳体12。两个第一止回阀14和两个第二止回阀16位于泵壳体12内部，其中第一止回阀14使流体（未示出）能够进入流体室18。在计量循环期间，流体从流体室18被排出并且穿过打开的第二止回阀16，而第一止回阀14被锁住。流体室18的一个壁由隔膜20界定，其中隔膜20包括连接到连杆24的连接器22。连杆24附接到偏心轮26，其中偏心轮26附接到用于使隔膜20往复移动的传动装置28的传动轴30。通过用于在隔膜泵10操作时减少摩擦力的滚珠轴承42将连杆24附接到偏心轮26。偏心轮26包括正面40，其背向传动轴40并且面向用于控制隔膜泵10的操作的控制单元36。将指示装置32布置在偏心轮26的正面40上，从而面向被安装在控制单元36上的传感器34，以便确定传动装置28的角位置。以步进电机形式的传动装置28以及控制单元36被布置在套管38内部，其中套管38。偏心轮26的正面40上的指示装置32可以被配置成对应于隔膜泵10的计量循环或吸入循环，例如通过将指示装置32设计成半圆。这使传感器34能够在对隔膜泵10加电后检测隔膜20是否位于计量循环或吸入循环中。然后，控制单元36可以使传动轴30旋转并且因此使隔膜20旋转，直到传感器检测到指示装置的结束或开始，从而停止传动装置28。因此，控制单元36可以在定义的位置中（例如，计量循环的开始）移动隔膜20。可以缩放隔膜泵10以便能够计量约6升/小时，优选约15升/小时，更优选约50升/小时，最优选约80升/小时的流体。因此，传动装置可以提供约0.1Nm，优选约5Nm，最优选约6Nm的转矩。因此，用于计量流体的压力可以为约0.2巴，优选约2巴，最优选约10巴。
在图2中示出本发明的另一实施方案。隔膜泵10包括在泵壳体12内部的第一止回阀14和第二止回阀16，其中第一止回阀14在吸入循环上打开以便允许流体进入流体室（未示出），而第二止回阀16被关闭。在计量循环期间，第一止回阀14被关闭并且第二止回阀16被打开以便让流体离开流体室。隔膜（未示出）由以步进电机形式的传动装置28来传动。偏心轮26附接到传动轴（未示出），偏心轮26比传动轴更远地轴向延伸。偏心轮26包括在正面40上的指示装置32，其中指示装置32被设计成半圆状区域，其覆盖偏心轮26的约一半的总正面40。例如，指示装置32为反射涂料，其中指示装置32对应于隔膜泵10的循环（即，吸入循环或计量循环）。因此，被集成到控制单元36（被示出为分离的）中的传感器34可以确定隔膜是否在计量循环或吸入循环的位置中，或在循环的开始或结束。在拆卸位置中示出控制单元36。
以上详细的实施方案中的元件和特征的特定组合仅为示例性的；也明确涵盖这些教导与这里和以引用方式并入的专利/申请中的其他教导的互换和替代。如本领域技术人员将认识到，在不脱离要求保护的本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以想到本文所述的内容的变化、修改和其他实施。因此，上述描述仅仅通过实例的方式来提供并且不意图作为限制。在权利要求书中，词“包括”不排除其他元素或步骤，并且被识别的冠词“一”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中陈述某些测量的这一事实并不指示这些测量的组合不能被有利地使用。在以下权利要求书和其等效物中定义本发明的范围。此外，用于描述和权利要求书中的附图标记不限制要求保护的本发明的范围。
附图标记列表
10 隔膜泵
12 泵壳体
14 第一止回阀
16 第二止回阀
18 流体室
20 隔膜
22 连接器
24 连杆
26 偏心轮
28 传动装置
30 传动轴
32 指示装置
34 传感器
36 控制单元
38 套管
40 正面
42 滚珠轴承

Claims (17)

1.一种隔膜泵(10)，用作洗涤剂计量泵，其包括：
具有至少第一止回阀(14)和第二止回阀(16)的泵壳体(12)、流体室(18)、界定所述流体室(18)的壁并且可往复移动的隔膜(20)、具有使所述隔膜(20)往复移动的传动轴(30)的传动装置(28)，控制单元(36)，其中通过偏心轮(26)和连杆(24)使所述传动装置(28)连接到所述隔膜(20)，其中所述传动装置(28)被配置成无齿轮传动以使所述隔膜(20)直接往复移动；
所述隔膜泵(10)构造成允许根据计量和/或吸入循环而检测所述隔膜的位置，
其特征在于：所述隔膜泵(10)构造成沿着最短路径将所述隔膜直接移动到定义的位置中。
2.如权利要求1所述的隔膜泵，其中所述传动装置(28)为步进电机。
3.如权利要求1所述的隔膜泵，其中所述传动装置(28)为混合式步进电机。
4.如权利要求1或2所述的隔膜泵，其中所述偏心轮(26)直接附接到所述传动装置(28)的所述传动轴(30)。
5.如权利要求1或2所述的隔膜泵，其中检测器单元被提供用于检测所述传动装置(28)和/或所述偏心轮(26)的角位置。
6.如权利要求1或2所述的隔膜泵，其中所述隔膜泵(10)构造成沿着最短路径将所述隔膜直接移动进入计量循环的开始位置。
7.如权利要求1所述的隔膜泵，其中所述隔膜泵(10)以这种方式构造：传感器(34)在对隔膜泵加电后检测所述隔膜泵是否位于计量循环或吸入循环中。
8.如权利要求5所述的隔膜泵，其中所述检测器单元包括可连接到所述传动装置(28)和/或所述偏心轮(26)的指示装置(32)，以及用于检测所述指示装置(32)的传感器(34)。
9.如权利要求8所述的隔膜泵，其中所述指示装置(32)为被布置在外围区域的至少部分上的反射表面和/或所述传动装置(28)和/或所述偏心轮(26)的正面(40)。
10.如权利要求7或8所述的隔膜泵，其中所述传感器(34)被集成到所述控制单元(36)中。
11.一种用于计量流体的方法，其包括以下步骤：
-提供如权利要求1至10中任一项所述的隔膜泵(10)，
-通过计量所述流体室(18)内部的所述流体的至少部分开始计量循环，
-在至少部分地计量所述流体之后开始吸入循环。
12.如权利要求11所述的方法，其进一步包括以下步骤：
-检测所述传动装置(28)和/或所述偏心轮(26)的角位置，
-在完成用于填充所述流体室(18)的吸入循环之后，将所述隔膜(20)移动到定义的位置。
13.如权利要求11所述的方法，其进一步包括以下步骤：
-检测所述传动装置(28)和/或所述偏心轮(26)的角位置，
-在完成用于填充所述流体室(18)的吸入循环之后，将所述隔膜(20)移动到所述计量循环的开始位置。
14.如权利要求12所述的方法，其进一步包括以下步骤：调制传动速度以便提供所述流体的基本恒定的体积流量。
15.如权利要求12或14所述的方法，其进一步包括以下步骤：控制所述计量循环的长度以便在给定的时间计量具有基本恒定的体积流量的所述流体的至少部分。
16.如权利要求11或12所述的方法，其包括以下步骤：在所述吸入循环期间，以避免在所述流体中排气的方式调制所述传动速度。
17.如权利要求11或12所述的方法，其包括以下步骤：改变所述传动速度以便加长或缩短所述吸入循环和/或计量循环。
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