CN208718917U - 用于泵送流体的泵 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于泵送流体的泵，特别是轨道泵，其中所述泵具有至少一个泵控制器、可由所述泵控制器控制的马达、用于输送流体的转子轴(10)以及用于检测所述转子轴(40)的绝对旋转角的转子传感器，所述转子传感器与所述泵控制器连接且被构建为将所述转子轴(40)的旋转角传输至所述泵控制器，并且所述泵控制器被构建为通过所述马达控制所述转子轴(40)旋转，直至所述转子轴(40)处于预定的旋转角位。

Description

用于泵送流体的泵
技术领域
本实用新型涉及一种用于泵送流体的泵，特别是轨道泵 (Orbitalpumpe)。为此，所述泵具有转子传感器，所述转子传感器用于检测所述泵的转子轴的绝对旋转角，以及检测预定的旋转角位。
背景技术
现有技术中已经存在具有旋转角检测功能的泵的各种已知实施方式。例如，一种已知的解决方案是借助三个数字霍尔传感器检测转子的旋转角位，然而，这三个数字霍尔传感器不能识别绝对转子位置，而且对转子的旋转角的检测也仅达到20°的分辨率。霍尔传感器是间接地通过激励转子的磁场的位置来测定转子的位置。
以这种方式检测旋转角时，许多在现有技术中广泛使用的泵受控而“开环”运行，给驱动泵的马达的旋转磁场外加特定的模式。在此情况下，转子大体上准确地跟随这个所产生的磁场。由于转子负荷增加，可能导致转子在后面追赶磁场，磁场的转速和旋转角与转子的转速和旋转角不再一致。输送体积流量的计算和转子的定位由此而变得不可能，因为转子的实际或绝对旋转角是未知的。
除了“开环”运行的缺点外，还会在泵上产生其他的限制和缺点。以现有技术中广泛用于泵的转子为例，转子会围绕到达位置发生不明确的过度摆动。这会造成例如膜片或与转子连接的弹性元件的负荷超过无过度摆动时的负荷，从而加重弹性元件的磨损。过度摆动还会加大定量方差或输送方差，因为转子在过度摆动时围绕到达位置所做的运动会进一步造成泵以不明确性的方式输送流体。
此外，无法测定转子的绝对位置或者将转子定位在确定的位置上，这主要是因为许多广泛用于泵的转子传感器的分辨率过低，而且必要时可以到达通过分辨率而预先确定的区域内部的位置。
已知的轨道泵所出现的特有问题是：关断轨道泵时，所使用的偏心轮停在不能预先确定的位置上，也就是以非预定的旋转角停止。由于偏心轮的位置不确定，就无法排除泵是否存在内部泄漏，而内部泄漏可能会造成漏流，进而导致流体以不明确的方式通过泵。这样就无法通过转子的转速来测定泵已经输送的流体量，或者说测定连接在泵上的用户(流体即是被泵送至该用户)所消耗的流体量。这就需要总是设置昂贵的体积流量传感器。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是克服上述缺憾并提供一种能防止泵泄漏且能将转子精确定位在泵中的泵。
这个目的通过具有以下特征的用于泵送流体的泵而达成，其中，所述泵具有至少一个泵控制器、可由所述泵控制器控制的马达、用于输送流体的转子轴以及用于检测所述转子轴的绝对旋转角的转子传感器，所述转子传感器与所述泵控制器连接且被构建为将所述转子轴的旋转角传输至所述泵控制器，并且所述泵控制器被构建为通过所述马达控制所述转子轴旋转，直至所述转子轴处于预定的旋转角位。
本实用新型提出一种用于泵送流体的泵，特别是轨道泵。该泵具有至少一个泵控制器以及可由泵控制器控制的马达。此外，该泵包括用于输送流体的转子轴以及用于检测转子轴的绝对旋转角的转子传感器。转子轴可直接接触待输送的流体或者可对泵的其他部件进行驱动，该其他部件直接对流体施加作用，但自身不接触流体。转子传感器与至少一个泵控制器连接且进一步被构建为将转子轴的旋转角传输至泵控制器。泵控制器被构建为在考虑检测到的旋转角的情况下对马达进行控制，马达驱动转子轴或者说使转子轴旋转，直至转子轴处于预定的旋转角位。
通过在控制转子轴时对旋转角加以考虑，以及通过将转子轴明确且可控地定位于预定的旋转角位，可以降低泵的定量方差，从而在反复实施泵送操作时，总是能输送同等量的流体。在考虑旋转角的情况下实施控制，这尤其能防止转子轴过度摆动，从而延长泵的使用寿命。
此外，通过精确定位转子轴，可以将转子轴例如转动预定角度，从而仅部分清空设于泵中的空腔(输送腔)。由于这样一来不必通过旋转整周来输送流体，也就可以输送较小的流体量。
如果转子轴的旋转角或确切的旋转角位是已知的，则还可以将本实用新型的泵校准为用于确定的输送量。这样一种校准例如可在制造时实施，但也可以在泵已装入设备后进行。当需要用泵输送预定的流体量或者需要确定每转输送多少量或转子轴的旋转角改变时输送多少量时，可测量泵所输送的体积并且将该体积与其间所出现的旋转角位关联起来，从而为每个泵单独确定被输送体积与旋转角变化的关系。当后续需要输送确定的流体量(体积)时，可根据已测定的值来确定转子轴从当前的旋转角位出发所需到达的新的旋转角位。例如，也可以在规定的维护周期条件下重复实施上述校准，以便能将可能的机械磨损考虑在内并且通过控制来进行补偿。
此外，在转子轴静止的情况下起动泵时所需要的起动电流因旋转角位的不同而不同。为能以尽可能小的电流起动泵，还可以借助本实用新型的泵和对应的控制器作如下设置：转子轴在泵被关断或转子轴停止时被定位于预定的起动位置或数个预定起动位置中的一者。借此减小接下来的起动过程所需要的起动电流，使得泵的磨损小，电流消耗也小。
本实用新型的有利实施方式提出：所述泵具有泵壳、可弹性变形的泵环和偏心轮。偏心轮限定偏心孔，转子轴延伸穿过偏心孔，其中偏心轮与转子轴连接，使得转子轴驱动偏心轮。作为替代方案，转子轴直接形成偏心轮，因此转子轴就是偏心轮。泵壳具有圆柱形的空隙或空腔，从空腔开始，流体入口延伸进入泵壳，流体出口从泵壳延伸而出。泵环布置在空腔或泵壳中并且至少局部地沿其径向与泵壳间隔开。泵环具有沿泵环的轴向延伸且优选沿其径向居中设于泵环上的中央开口，偏心轮布置在中央开口中。通过相对于中央开口偏心的偏心轮，泵环在偏心轮作用下发生弹性变形。为此，偏心轮具有一部段，该部段相对于偏心轮旋转时所围绕的旋转轴的突出程度大于偏心轮上的周围区域。因此，偏心轮特别是使泵环的可旋转部段发生变形，通过偏心轮沿泵环周向的旋转，可旋转部段可沿径向变形且可压抵泵壳。泵环自身不旋转。仅泵环的不同区域发生变形并压抵泵壳，使得泵环的已变形的部段围绕旋转轴或者说沿泵环周向移动或旋转。泵环的可旋转部段的旋转角对应转子轴的旋转角，如此一来，转子轴的被定义为旋转角的位置也就对应可旋转部段的位置。
在有利的进一步方案中，转子传感器布置在转子轴、偏心轮或泵环上，并且检测绝对旋转角以作为转子轴、偏心轮或泵环的相应旋转角。由于泵环自身不旋转，因此这里检测的是泵环的旋转部段的位置。
在本实用新型同样有利的方案中，如下设置：马达是具有定子和转子的电动马达。转子直接连接转子轴或者与转子轴直接衔接。此外，转子轴的旋转角对应转子的旋转角，借此，通过转子的旋转角可测定转子轴的旋转角。
进一步方案替代性地提出：马达是具有转子的电动马达，但转子不直接连接转子轴，而是间接地(例如通过传动装置)连接转子轴。可根据转子的旋转角确定转子轴的旋转角，其中可基于转子与转子轴的连接(例如基于传动装置的传动比)确定旋转角。
在本实用新型的可行技术方案中，转子传感器布置在马达的转子上。转子传感器测定转子的旋转角且因此测定转子轴的旋转角。
有利的进一步方案提出：转子传感器是编码器或旋转变压器，编码器或旋转变压器检测转子轴的旋转角。编码器或旋转变压器可将旋转角作为数字信号或模拟信号输出。在此特别是可作为正弦信号和余弦信号输出。
转子传感器优选是绝对值编码器，这样就不需要参考转子轴。
然而，由于转子轴优选应停在预定位置上，并且在从这个位置起动时，转子轴的旋转角是已知的，因此，替代性实施方式提出：转子传感器是增量式编码器，并且所述泵为了参考转子传感器而具有参考传感器，参考传感器检测处于预定的旋转角位的转子轴的位置。
泵环沿周向看具有第一和第二变形部段。泵环在第一变形部段中的可弹性变形性大于其在第二变形部段中的可弹性变形性。如此一来，泵环在第一变形部段中容易在偏心轮作用下沿其径向变形，因此，偏心轮为了使泵环变形在第一变形部段中所需要的力更小，或者说为了实现围绕旋转轴的旋转，可在偏心轮上施加更小的转矩。预定的旋转角位被限定在第一变形部段中。因此，当偏心轮从偏心轮的停止状态开始旋转时，在第一变形部段中需要施加在偏心轮上的转矩小于在第二变形部段中开始旋转时所需要的转矩。
在泵的流体入口与泵的流体出口之间，在泵中限定漏流通道。本实用新型有利的进一步方案提出：漏流通道被处于预定的旋转角位的转子轴封闭。借此防止流体入口与流体出口之间的漏流。为此，例如泵环的旋转部段在偏心轮作用下压靠流体入口或流体出口，使得流体入口或流体出口被泵环的端面流体密封地封闭。
本实用新型还揭示一种控制本实用新型的泵的方法。根据转子传感器以预定的时间间隔所检测到的数个转子轴旋转角计算从泵的流体入口被泵输送至泵的流体出口的流体体积流量。接着，根据待输送的流体体积流量，按照预定的马达特性对驱动转子轴的马达进行控制。通过按照马达特性对马达所实施的控制，使实际所输送的流体体积流量与待输送的流体体积流量相等。
所述方法的进一步方案在此特别提出：对马达进行控制，使得当待输送的体积流量为零时，转子轴停在预定的旋转角位上并定位于此。若需要通过马达使转子轴停在预定的旋转角位上，则马达特性例如对应于马达的缓慢制动，使得转子轴不在预定位置上过度摆动地停在该预定位置上。
附图说明
关于本实用新型其他有利改进方案的特征请参阅从属权利要求，下面参照附图予以详细说明。其中：
图1以泵环的俯视图示出轨道泵，其泵壳以剖面形式被示出。
具体实施方式
在图1中示意性示出的泵配设有在图中看不到的转子传感器和泵控制器。
图中示出泵壳10的与纵轴正交延伸的剖面，从而能看到位于泵壳10中的空腔14以及设于空腔中的组件。作为泵壳10的组成部分，具有通道的流体入口11延伸进入空腔14，具有通道的流体出口12 从空腔14延伸而出。在空腔14中设有可弹性变形的泵环20。以剖面形式被示出的转子轴40沿着图中未示出的旋转轴穿过圆柱形或者说在剖面图中呈圆形的空腔14的中心，该旋转轴沿其轴向与图示平面正交延伸。转子轴40上设有偏心轮30，该偏心轮通过泵环20与偏心轮30之间的轴承环32对可弹性变形的泵环20施加作用或施加压力。轴承环32是例如由针形元件形成且实施为径向轴承的滚针轴承，借助该滚针轴承，偏心轮30不需要直接贴靠可变形的泵环20，就能在使泵环20变形的同时在泵环20中旋转。当转子轴40处于图中所示的旋转角时，偏心轮30沿偏心方向31对泵环20施加压力，使得可弹性变形的泵环20沿其位于图示平面内的径向变形，进而使得泵环20以其部段21沿径向贴靠泵壳10。通过偏心轮沿周向U旋转，泵环20的已变形的部段21沿周向U绕旋转轴移动，使得部段 21沿周向旋转，其中，泵环20在此过程中不旋转。泵环20局部与泵壳10间隔开，并且仅在旋转部段21和密封部段22中沿径向贴靠泵壳10。通过泵环20的旋转部段21的旋转以及泵环20与泵壳10 在径向上的间隔，泵壳10和泵环20在空腔14中限定两个腔室，这两个腔室的大小随着旋转部段21的旋转而变化。第一腔室与流体入口11连通，流体通过流体入口11被吸入空腔14或者说被吸入变大的第一腔室，第二腔室与流体出口12连通，流体从空腔14或者说从变小的第二腔室排出。
泵环20具有两个沿周向U相邻或者说沿周向U覆盖一定角度范围的变形部段24、25。在第一变形部段24中，平行于旋转轴延伸的销件13已沿径向对泵环20施加变形力。此外，在销件13与偏心轮 30之间，在泵环20中形成位于销件13上的空腔，该空腔使得泵环 20在径向上更容易变形。泵环20在第一变形部段24中也可以具有相对于邻接的第二变形部段25更易实现变形的其他措施。鉴于第一变形部段24中的更易变形性，在第一变形部段24所延伸覆盖的旋转角范围上旋转时，必须对转子轴40施加更小的转矩。因此，在例示性示出的泵中，预定的旋转角位与销件13对称地位于将转子轴40和销件13平分的直线上。这个预定的旋转角位例如可被定义为0°，其中，图中所示的偏心轮处于沿着旋转路径33旋转90°而到达的旋转角位。就图中所示的泵而言，例如可在转子轴40上，在偏心轮30上，在泵环20上通过泵环20的旋转部段21，或者在图中未示出的驱动转子轴40的马达的转子上检测转子轴40的旋转角。偏心轮30在此与转子轴40一体连接，其中转子轴40也可以一体形成偏心轮30。

Claims (13)

1.一种用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述泵具有至少一个泵控制器、可由所述泵控制器控制的马达、用于输送流体的转子轴(40)以及用于检测所述转子轴(40)的绝对旋转角的转子传感器，
所述转子传感器与所述泵控制器连接且被构建为将所述转子轴(40)的旋转角传输至所述泵控制器，并且
所述泵控制器被构建为通过所述马达控制所述转子轴(40)旋转，直至所述转子轴(40)处于预定的旋转角位。
2.根据权利要求1所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述泵具有泵壳(10)、可弹性变形的泵环(20)和偏心轮(30)，所述偏心轮由所述转子轴(40)驱动或者由所述转子轴形成，
所述泵环(20)布置在所述泵壳(10)中并且至少局部地沿其径向与所述泵壳(10)间隔开，
所述泵环(20)具有中央开口，所述偏心轮(30)布置在所述中央开口中，并且
所述泵环(20)的可旋转部段(21)，通过所述偏心轮(30)沿所述泵环(20)的周向(U)的旋转，所述可旋转部段可沿径向变形且可压抵所述泵壳(10)，其中，
所述泵环(20)的可旋转部段(21)的旋转角对应所述转子轴(40)的旋转角。
3.根据权利要求2所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述转子传感器布置在所述转子轴(40)、所述偏心轮(30)或所述泵环(20)上，并且检测相应的旋转角。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述马达是具有转子的电动马达，所述转子直接连接所述转子轴(40)，并且所述转子轴(40)的旋转角对应所述转子的旋转角。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述马达是具有转子的电动马达，所述转子间接地连接所述转子轴(40)，并且可根据所述转子的旋转角确定所述转子轴(40)的旋转角。
6.根据权利要求4所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述转子传感器布置在所述转子上并测定所述转子的旋转角。
7.根据权利要求5所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述转子传感器布置在所述转子上并测定所述转子的旋转角。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述转子传感器是编码器或旋转变压器，所述编码器或旋转变压器检测所述转子轴(40)的旋转角。
9.根据权利要求8所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述转子传感器是绝对值编码器。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述转子传感器是增量式编码器，并且所述泵为了参考所述转子传感器而具有参考传感器，所述参考传感器检测处于所述预定的旋转角位的所述转子轴(40)的位置。
11.根据权利要求2或3所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述泵环(20)沿所述周向(U)看具有第一和第二变形部段(24、25)，所述泵环(20)在所述第一变形部段(24)中的可弹性变形性大于其在所述第二变形部段(25)中的可弹性变形性，且其中所述预定的旋转角位被限定在所述第一变形部段(24)中。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
在所述泵的流体入口(11)与所述泵的流体出口(12)之间，在所述泵中限定漏流通道，所述漏流通道被处于所述预定的旋转角位的所述转子轴(40)封闭，其中防止所述流体入口(11)与所述流体出口(12)之间的漏流。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的用于泵送流体的泵，其特征在于，
所述泵是轨道泵。
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