DE10013797B4

DE10013797B4 - Schwinganker-Membranpumpe

Info

Publication number: DE10013797B4
Application number: DE10013797A
Authority: DE
Inventors: Peter Krause; Michael Ludwig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: ATE327433T1; DE10013797A1; EP1266141B1; WO2001071190A1; ES2265425T3; EP1266141A1; DE50109875D1

Abstract

Schwinganker-Membranpumpe mit einer den Schwinganker (8) antreibenden Spule (7) und einer die Spule (7) periodisch mit einer Ansteuerspannung beaufschlagenden Ansteuerungseinrichtung (10), wobei eine Durchflussmesseinrichtung (11) in der ansteuerungsfreien Zeit (T) zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Beaufschlagungen der Spule (7) mit der Ansteuerspannung die an der Spule (7) auftretende Spannung (23) erfasst, auf Überschreiten eines Schwellenwertes (24) überwacht und in Abhängigkeit von der Dauer (TA) der Schwellenwertüberschreitung ein Durchflussmesssignal (12) erzeugt.

Description

Bei einer Schwinganker-Membranpumpe wird ein Fluid über einen Fluideingang mit einem Einlassventil in einen Pumpenraum hinein und aus diesem über einen Fluidausgang mit einem Auslassventil wieder heraus gefördert. Der Fördervorgang erfolgt dabei durch eine periodische Volumenänderung des Pumpenraumes im Zusammenwirken mit dem Einlass- und dem Auslassventil. Die Volumenänderung wird mittels einer den Pumpenraum teilweise abschließenden Membran erreicht, die von einem durch eine elektrische Spule angetriebenen Schwinganker periodisch ausgelenkt wird.

Aus der DE 37 19 460 A1 ist eine Schwinganker-Membranpumpe mit einer den Schwinganker antreibenden Spule und einer die Spule periodisch mit einer Ansteuerspannung beaufschlagenden Ansteuervorrichtung bekannt, wobei mit Hilfe von Sensoren die Ankerposition erfasst und der Ansteuerungsvorrichtung zur Regelung des Hubs zugeführt wird.

Bei einer ähnlichen, aus der US 4 150 922 bekannten Schwinganker-Membranpumpe wird die Ankerposition mit Hilfe von Hilfswicklungen an dem Anker erfasst.

Aus der DE 35 46 189 C2 ist es bekannt, zur Durchflussmessung bei oszillierenden Verdrängerpumpen den Druckverlauf im Pumpenzylinder mit Hilfe von Drucksensoren zu erfassen und auszuwerten.

Es ist allgemein, so z. B. aus der US 4 795 314 , bekannt, Pumpen unter Auswertung der Signale eines Durchflussmessers zu steuern.

Schließlich ist aus der US 5 032 772 eine Schwinganker-Membranpumpe mit einer den Schwinganker antreibenden Spule und einer die Spule über eine Brücke mit Halbleiterschaltern periodisch mit einer Ansteuerspannung beaufschlagenden Ansteuerungsvorrichtung bekannt, wobei die an der Spule anliegende Ansteuerspannung erfasst und zur Regelung der Pumpenansteuerung herangezogen wird.

Der Durchfluss bzw. die Strömung des Fluids durch die Pumpe und damit gleichbedeutend die Förderleistung der Pumpe ergibt sich aus dem Betrag und der Frequenz der Membranauslenkung, wobei im Falle von zu fördernden Gasen auch deren Kompressibilität und der Widerstand, gegen den die Pumpe arbeiten muss, den Durchfluss beeinflussen.

Üblicherweise erfolgt die Durchflussmessung mittels einer separaten Durchflussmessvorrichtung, beispielsweise eines Strömungssensors, die der Pumpe vor- oder nachgeordnet ist. Es ist aber auch möglich, den Betrag der Membranauslenkung mittels einer geeigneten Wegmesseinrichtung messtechnisch zu erfassen und daraus ein Durchflussmesssignal abzuleiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schwinganker-Membranpumpe eine Durchflussmessung zu ermöglichen, ohne dass dazu eine separate Durchflussmessvorrichtung oder eine bauliche Modifikation der Pumpe erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebene Schwinganker-Membranpumpe gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schwinganker-Membranpumpe sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

In den ansteuerungsfreien Zeiten findet eine Förderung des Fluids nur noch aufgrund der kinetischen Energie des zuvor durch die Ansteuerung der Spule beschleunigten Systems aus Schwinganker, Membran und Fluid statt. Je größer der Durchfluss bzw. die Strömung des Fluids ist, umso weniger wird der Schwinganker abgebremst, so dass dessen Geschwindigkeitsverlauf, beispielsweise der Zeitraum, bis die Geschwindigkeit unter einen vorgegebenen Wert fällt, ein Maß für den Durchfluss ist. Bei der erfindungsgemäßen Schwinganker-Membranpumpe wird der Geschwindigkeitsverlauf des Schwingankers in den ansteuerungsfreien Zeiten über die an der Spule auftretende Spannung erfasst. Wenn der Schwinganker als Magnetanker ausgebildet ist, entspricht die erfasste Spannung der von dem Magnetanker in der Spule induzierten geschwindigkeitsabhängigen Spannung. Besteht der Schwinganker lediglich aus ferromagnetischem Material, so entspricht die erfasste Spannung der nach der Ansteuerung beim Abbau des Magnetfeldes durch die Abnahme des Spulenstromes erzeugten Spannung, wobei der Abbau des Magnetfeldes und die damit erfasste Spannung von der Induktivität der Spule abhängig ist, die sich wiederum in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsverlauf des Schwingankers ändert. Die Spannung an der Spule wird hier vorzugsweise unmittelbar nach der Ansteuerung erfasst.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwinganker-Membranpumpe mit einem Magnetanker,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwinganker-Membranpumpe in Form einer Doppel-Membranpumpe mit ferromagnetischem Schwinganker,
3 ein Beispiel für eine Ansteuerung der Pumpe mit Spannungsimpulsen und
4 ein Beispiel für eine Ansteuerung der Pumpe mit einer sinusförmigen Ansteuerspannung.
Die in 1 gezeigte Schwinganker-Membranpumpe weist einen Pumpenraum 1 mit einem Fluideingang 2 und einem Fluidausgang 3 jeweils in Form eines Anschlusses für eine hier nicht gezeigte Fluidleitung auf. Im Bereich des Fluideinganges 2 ist ein Einlassventil 4 und im Bereich des Fluidausganges 3 ein Auslassventil 5 angeordnet, die einen Durchfluss des zu fördernden Fluids nur in Richtung von dem Fluideingang 2 zu dem Fluidausgang 3 zulassen und in Gegenrichtung sperren. Der Pumpenraum 1 ist auf einer Seite durch eine Membran 6 abgeschlossen, die von einem in einer Spule 7 beweglich gelagerten Schwinganker 8 auslenkbar ist. Dabei ist der Schwinganker 8 mittels der Membran 6 und einer Feder 9 schwingfähig gelagert. Der Schwinganker 8 ist darüber hinaus als Magnetanker ausgebildet. Zur Ansteuerung der Pumpe ist an der Spule 7 eine Ansteuerungseinrichtung 10 angeschlossen, die die Spule 7 periodisch mit einer Ansteuerspannung beaufschlagt. Außerdem ist an der Spule 7 eine Durchflussmesseinrichtung 11 angeschlossen, die in den ansteuerungsfreien Zeiten zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Beaufschlagungen der Spule 7 mit der Ansteuerspannung die an der Spule 7 auftretende Spannung erfasst und daraus ausgangsseitig ein Durchflussmesssignal 12 erzeugt. Dabei teilt die Ansteuerungseinrichtung 10 der Durchflussmesseinrichtung 11 die Informationen über die ansteuerungsfreien Zeiten in Form eines Steuersignals 13 mit. Die von der Durchflussmesseinrichtung 11 in den ansteuerungsfreien Zeiten erfasste Spannung an der Spule 7 entspricht der von dem sich bewegenden Magnetanker 8 in der Spule 7 induzierten Spannung.
Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwinganker-Membranpumpe weist ebenso wie das Beispiel nach 1 einen Pumpenraum 1, einen Fluideingang 2, einen Fluidausgang 3, ein Einlassventil 4, ein Auslassventil 5, eine Membran 6, eine Spule 7, einen Schwinganker 8, eine ein Steuersignal 13 erzeugende Ansteuerungseinrichtung 10 sowie eine ein Durchflussmesssignal 12 erzeugende Durchflussmesseinrichtung 11 auf. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist hier die Schwinganker-Membranpumpe als Doppel-Membranpumpe mit einem weiteren Pumpenraum 14 ausgebildet, der einen weiteren Fluideingang 15 mit Einlassventil 16 und einen weiteren Fluidausgang 17 mit Auslassventil 18 aufweist und mit einer weiteren Membran 19 abgeschlossen ist. Der zwischen den beiden Membranen 6 und 19 schwingfähig gelagerte Schwinganker 8 ist hier beispielsweise nicht als Magnetanker ausgebildet, sondern besteht lediglich aus ferromagnetischem Material. Die von der Durchflussmesseinrichtung 11 in den ansteuerungsfreien Zeiten erfasste Spannung an der Spule 7 entspricht dabei der nach jeder Beaufschlagung der Spule 7 mit der Ansteuerspannung beim anschließenden Abbau des Magnetfeldes durch die Abnahme des Spulenstromes erzeugten Spannung. Dazu weist die Durchflussmesseinrichtung 11 eingangsseitig einen Strommesswiderstand 20 auf, an dem eine dem abklingenden Spulenstrom proportionale Spannung erzeugt und von einer nachgeordneten Auswerteeinrichtung 21 zur Erzeugung des Durchflussmesssignals 12 ausgewertet wird.
3 zeigt ein Beispiel für die periodische Beaufschlagung der Spule 7 mit Spannungsimpulsen 22. Nach jedem Spannungsimpuls 22 wird in der nachfolgenden ansteuerungsfreien Zeit T bis zum nächsten Spannungsimpuls 22 die von dem Magnetanker 8 in der Spule 7 induzierte Spannung 23 erfasst und auf Überschreiten eines Schwellenwertes 24 überwacht. Je größer der Durchfluss bzw. die Strömung des Fluids durch den Pumpenraum 1 ist, umso weniger wird der Magnetanker 8 gebremst und umso länger ist die Zeit TA, in der die induzierte Spannung 23 den Schwellenwert 24 überschreitet. Die Zeit TA ist somit ein Maß für den Durchfluss des Fluids durch die Schwinganker-Membranpumpe und damit deren Pumpleistung.
4 zeigt ein Beispiel für eine Beaufschlagung der Spule 7 mit einer sinusförmigen Ansteuerspannung 25, deren Verlauf zu vorgegebenen Zeitpunkten jeweils für die Dauer der ansteuerungsfreien Zeit T unterbrochen ist. In den ansteuerungsfreien Zeiten wird die an der Spule 7 auftretende Spannung 23 erfasst und beispielsweise so, wie in 3, im Hinblick auf einen Schwellenwert 4 ausgewertet.
Die Auswertung der an der Spule 7 in den ansteuerungsfreien Zeiten T auftretenden Spannung 23 erfolgt, wie anhand der 3 und 4 gezeigt, vorzugsweise unmittelbar nach der Beaufschlagung der Spule mit der Ansteuerspannung 22 bzw. 25. Es ist aber auch möglich, im Verlauf der ansteuerungsfreien Zeiten T einen bestimmten Zeitabschnitt festzulegen, innerhalb dessen die Spannung 23 an der Spule 7 erfasst wird.

Claims

Schwinganker-Membranpumpe mit einer den Schwinganker (8) antreibenden Spule (7) und einer die Spule (7) periodisch mit einer Ansteuerspannung beaufschlagenden Ansteuerungseinrichtung (10), wobei eine Durchflussmesseinrichtung (11) in der ansteuerungsfreien Zeit (T) zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Beaufschlagungen der Spule (7) mit der Ansteuerspannung die an der Spule (7) auftretende Spannung (23) erfasst, auf Überschreiten eines Schwellenwertes (24) überwacht und in Abhängigkeit von der Dauer (TA) der Schwellenwertüberschreitung ein Durchflussmesssignal (12) erzeugt.
Schwinganker-Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmesseinrichtung (11) die an der Spule (7) auftretende Spannung (23) in einem sich unmittelbar an die Beaufschlagung der Spule (7) mit der Ansteuerspannung anschließenden Zeitraum erfasst.
Schwinganker-Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerspannung aus Spannungsimpulsen (22) besteht, zwischen denen die ansteuerungsfreien Zeiten (T) liegen.
Schwinganker-Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerspannung einen sinusförmigen Verlauf (25) hat, der zu vorgegebenen Zeitpunkten jeweils für die Dauer der ansteuerungsfreien Zeit (T) unterbrochen ist.