DE10322404A1

DE10322404A1 - Dosierpumpe und Verfahren zu deren Steuerung

Info

Publication number: DE10322404A1
Application number: DE2003122404
Authority: DE
Inventors: Ottmar Stillhard; Helmut Prof. Dr. Voß; Helmut Scherf; Klaus Müller
Original assignee: Alldos Eichler GmbH
Current assignee: Grundfos Holdings AS
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-17
Also published as: DE10322404B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Dosierpumpe mit einem Elektromotor und einer elektronischen Steuerung für denselben, bei dem eine zu fördernde Fluidmenge durch einen externen Impulsgeber vorgegeben wird und jedem Impuls eine bestimmte Fördermenge zugeordnet ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Dosierstrom anhand einer Folge der externen Impulse (Soll-Signal) durch Regeln einer momentanen Förderleistung der Dosierpumpe unter Einwirkung der Steuerung auf den Elektromotor an einen aktuellen Bedarf angepasst wird. Eine erfindungsgemäße Dosierpumpe besitzt dazu Vergleichsmittel zum Vergleichen einer Folge von Impulsen eines externen Impulsgebers (Soll-Signal) mit einer Folge von einer Dosiereinheit erzeugter Dosierimpulse (Ist-Signal) und Anpassmittel zum Anpassen von Hub- und Drucktakten der Pumpe und des durch diese erzeugten Ist-Signals an das Soll-Signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Dosierpumpe mit einem Elektromotor und einer elektronischen Steuerung für denselben, bei dem zu eine fördernde Fluidmenge durch einen externen Impulsgeber vorgegeben wird und jedem Impuls einer bestimmte Fördermenge zugeordnet ist, sowie eine Dosierpumpe mit einem Elektromotor, mit nach Maßgabe einer Bewegung des Elektromotors oszillierenden Pumpmitteln und mit einer elektronischen Steuereinrichtung für den Elektromotor.
Elektromotorisch angetriebene Dosierpumpen werden insbesondere zum Fördern und Dosieren kleiner bis kleinster Flüssigkeitsmengen, beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie, eingesetzt. Bei solchen Pumpen wird die oszillierende Bewegung der Pumpe durch ein Getriebe nach Art eines Kurbelantriebs erzeugt, durch das eine rotatorische Bewegung des in der Pumpe enthaltenen Elektromotors entsprechend umgesetzt und dabei in der Regel noch untersetzt wird, so dass es möglich ist, die Pumpe zum Fördern kleiner Volumina entsprechend genau zu steuern. Zur Fördermengensteuerung werden in der Regel drehzahlvariable Elektromotoren eingesetzt, und die Fördermengensteuerung erfolgt durch Änderung der Motorgeschwindigkeit, wobei bei den genannten Motoren, z.B. Schrittmotoren, das Intervall zwischen den einzelnen Motorschritten entsprechend angepasst wird. Der Einsatz von drehzahlvariablen Elektromotoren hat gegenüber den früher ausschließlich eingesetzten Pumpen mit Motoren konstanter Drehzahl, beispielsweise Synchronmotoren, in der Dosiertechnik große Fortschritte gebracht. So kann beispielsweise mit Schrittmotoren durch unterschiedliche Geschwindigkeiten (Zeitdauer) für den Druck- und Saughub der Dosierpumpe der abgegebenen Dosierstrom wesentlich gleichförmiger und damit quasi-kontinuierlich gestaltet werden.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Pumpensteuerung ist aus der DE 100 33 994 A1 bekannt. Gemäß der Offenbarung dieser Druckschrift wird zwecks einer bedarfsgerechten Anpassung des Dosierstroms, der bei gattungsgemäßen Verfahren durch eine variable, extern erzeugte Impulsfolge (Soll-Signal) vorgegeben ist, beispielsweise durch eine Wasseruhr, zunächst jeweils die Zeitdauer des einem beliebigen Dosierintervalls vorangehenden externen Impulsintervalls gemessen. Anschließend wird der der gemessenen Zeitdauer entsprechende mittlere Dosierstrom ermittelt und dem folgenden Intervall der externen Impulsfolge zugemessen, wobei die entsprechende Dosierzeit, d.h. diejenige Zeit, in der die Pumpe das zu dosierende Fluid fördert, demjenigen Volumen entspricht, das zu dem entsprechenden vorangehenden Impulsintervall gehört.
Ein solches Dosierverfahren ist mit erheblichen Nachteilen behaftet. So führt es unter anderem dazu, dass bei unregelmäßigen Impulsabständen der Dosierstrom nicht dem momentanen Bedarf entspricht. Beispielsweise fehlt bei einem Do sierverfahren dieser Art prinzipiell am Anfang des Dosiervorgangs, d.h, während des ersten Impulsintervalls jegliche Dosierung. Weiterhin führt das geschilderte vorbekannte Verfahren bei variierenden Impulsabständen temporär zu inkorrekten Dosierströmen: So kommt es zu einer Dosierlücke, wenn der nächste externe Impuls ankommt, bevor die Dosierpumpe in der Lage war, den für das vorangehende Zeitintervall vorgesehenen Dosierstrom abzugeben. Entsprechend kommt es im Fall vergrößerter Impulsabstände zu entsprechenden Dosierlücken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine gattungsgemäße Dosierpumpe, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet ist, dahingehend weiterzubilden, dass diese einen Dosierstrom liefern, der bei externer Impulssteuerung einem vorgegebenen Verlauf möglichst genau folgt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein Förderstrom anhand einer Folge der externen Impulse (Soll-Signal) durch Regeln einer momentanen Förderleistung der Dosierpumpe unter Einwirkung der Steuerung auf den Elektromotor an einen aktuellen Bedarf angepasst wird. Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist somit eine stetige Regelung des Betriebszustands des Elektromotors durch einen ständigen Soll-/Ist-Vergleich. Auf diese Weise wird der Dosierstrom kontinuierlich dem Bedarf angepasst. Damit ist es möglich, dem Ziel der Dosierung – einer zu jedem Zeitpunkt optimalen Mischung bzw. Konzentration – sehr nahe zu kommen.
Bei einer Dosierpumpe der eingangs genannten Art ist zur Lösung der vorstehend formulierten Aufgabe vorgesehen, dass diese in der Steuereinrichtung Vergleichsmittel zum Vergleichen einer Folge von Impulsen eines externen Impulsge bers (Soll-Signal) mit einer Folge von der Dosierpumpe erzeugter Dosierimpulse (Ist-Signal) und weiterhin Anpassmittel zum Anpassen von Hub- und Drucktakten der Pumpe und des durch diese erzeugten Ist-Signals an das Soll-Signal aufweist.
Nach einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt der Förderstrom mit dem ersten Impuls des externen Impulsgebers, so dass keine anfängliche Dosierlücke entsteht, und wird im weiteren Verlauf an das Soll-Signal angepasst. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise das Soll-Signal ständig mit einer Folge von der Dosierpumpe erzeugter Dosierimpulse (Ist-Signal) unter Erzeugung eines Vergleichssignals verglichen.
Nach einer äußerst bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zum Regeln der momentanen Förderleistung eine Drehgeschwindigkeit des Elektromotors nach Maßgabe des Vergleichssignals verändert wird. Zu diesem Zweck ist bei einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe der Elektromotor vorzugsweise als drehzahlgeregelter Elektromotor, beispielsweise als Schrittmotor oder EC-Motor, ausgebildet. Insbesondere Schrittmotoren besitzen aufgrund möglicher unterschiedlicher Geschwindigkeiten für den Druck- und Saughub (unterschiedlich lange Druck- bzw. Saugtakte) beim Erzeugen von Dosierströmen eine gegenüber anderen Motorentypen, beispielsweise Synchronmotoren, vergrößerte Flexibilität im Einsatz. Insbesondere ist es durch Durchführen schneller, d.h. zeitlich kurzer Saughübe und entsprechend verlängerter Druckhübe möglich, den Dosierstrom praktisch kontinuierlich zu gestalten.
Um ein verbessertes Regelverhalten der erfindungsgemäßen Dosierpumpe zu erreichen, werden die genannten Impulsfolgen (Soll-Signal, Ist-Signal) vor einer regelungstechnischen Verarbeitung vorzugsweise geeignet konditioniert. Hierzu sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass das Soll-Signal vor der Regelung mittels eines Filters verarbeitet, vorzugsweise tiefpassgefiltert wird. Bei einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe ist entsprechend vorgesehen, dass in der Steuereinrichtung ein erster Tiefpassfilter zum Filtern des Soll-Signals vor einer weiteren Signalverarbeitung vorgesehen ist.
Das Ist-Signal wird gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Erfassen einer Bewegung einer Pumpen- oder Motorwelle oder eines Pumpmittels der Dosierpumpe erzeugt. Eine erfindungsgemäße Dosierpumpe weist entsprechend Sensormittel zum Erfassen zumindest einer der Bewegungen einer Motorwelle, einer Pumpenwelle oder von Pumpmitteln zum Erzeugen des Ist-Signals auf. Auch das Ist-Signal wird aus regelungstechnischen Gründen vor den Vergleichen mit dem Soll-Signal mittels eines Filters verarbeitet, vorzugsweise tiefpassgefiltert. Somit weist eine erfindungsgemäße Dosierpumpe im Rahmen einer äußerst bevorzugten Weiterbildung einen zweiten Tiefpassfilter zum Filtern des Ist-Signals vor einem Vergleich mit dem Soll-Signal auf. Um mit einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe einen möglichst gleichförmigen Dosierstrom erzeugen zu können, sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass Saughübe der Dosierpumpe mit konstanter Drehgeschwindigkeit und Druckhübe der Dosierpumpe mit an dem Bedarf angepasster Drehgeschwindigkeit des Elektromotors durchgeführt werden.
Um absolute Volumina des mittels einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe erzeugten Dosierstroms flexibel an konkrete äußere Vorgaben, wie Konzentration, Mischungsverhältnisse oder dergleichen, anpassen zu können, sieht eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dosierpumpe vor, dass diese Eingabe- und/oder Speichermittel zum Bereitstellen eines vor dem Vergleich mit dem Ist-Signal mit dem Soll-Signal zu multiplizierenden Dosierfaktors aufweist.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen sowie aus den Patentansprüchen. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe bei Verwendung mit einem externen Impulsgeber;
2 den exemplarischen zeitlichen Verlauf eines Soll-Signals mit zugehöriger Impulsfolge des externen Impulsgebers;
3 den zeitlichen Verlauf des aus der Impulsfolge der 2 rekonstruierten Fluidvolumens vor und nach einer Tiefpassfilterung;
4 eine exemplarische Darstellung des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Dosierpumpe erzeugbaren Dosierstroms im Vergleich mit dem ursprünglichen Fluidstrom; und
5 zeitlich aufgelöste graphische Darstellungen des Dosierstroms und einer zugehörigen Winkelgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit der Pumpe).
Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Dosierpumpe 1. Die Dosierpumpe 1 beinhaltet eine Steuereinrichtung 1.1 sowie die eigentliche Dosiereinheit 1.2. Die Steuereinrichtung 1.1 erhält als Soll-Signal S eine durch einen externen Impulsgeber 2, wie ein Durchflussmesser, beispielsweise eine Wasseruhr, erzeugte Impulsfolge. Der externe Impulsgeber 2 ist in eine Fluidleitung 3 eingesetzt, durch die ein Fluidstrom V ·_W, Q_W geleitet wird, an den ein durch die erfindungsgemäße Dosierpumpe 1 zu liefernder (Förderstrom) Dosierstrom V ·_D, Q_D durch eine Dosierleitung 4 geeignet anzupassen ist, so dass im weiteren Verlauf der Leitung 3 im Gesamtfluidstrom V ·_W + V ·_D (Q_W + Q_D) ein geeignetes Mischungsverhältnis bzw. eine geeignete Konzentration besteht.
In der Darstellung der 1 sind Signale bzw. Signallaufwege generell mit punktierten Pfeilen bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Dosierpumpe 1 weist in der Steuereinrichtung 1.1 erste Signalverarbeitungsmittel für das Soll-Signal S in Form eines Zählers 1.1.1 und eines Frequenzfilters 1.1.2, vorzugsweise eines Tiefpasses auf. In Richtung des Signallaufweges schließt sich daran ein Multiplizierer 1.1.3 an, durch den das gefilterte Soll-Signal S mit einem Dosierfaktor K_D multiplizierbar ist, der am Multiplizierer 1.1.3 durch Eingabe-/Speichermittel 1.1.4 zur Verfügung gestellt wird. Entlang des Signallaufweges weist die Steuereinrichtung 1.1 weiterhin Vergleichsmittel 1.1.5 in Form eines Subtrahierers auf, der das Ausgangssignal des Multiplizierers 1.1.3 mit einem entsprechend verarbeiteten Ist-Signal I vergleicht, das von der Dosiereinheit 1.2 der erfindungsgemäßen Dosierpumpe 1 erzeugt wird. Den Vergleichsmitteln 1.1.5 nachgeschaltet beinhaltet die Steuereinrichtung 1.1 Anpassmittel 1.1.6 zum Anpassen von Betriebsparametern der Dosiereinheit 1.2, insbesondere der Drehzahl eines in der Dosiereinheit 1.2 enthaltenen Elek tromotors 1.2.1. Bei den Anpassungsmitteln 1.1.6 handelt es sich vorzugsweise um einen PID-Regler.
Die Dosiereinheit 1.2 beinhaltet zusätzlich zu dem Elektromotor 1.2.1 ein Getriebe 1.2.2, das über eine Motorwelle 1.2.3 mit dem Elektromotor 1.2.1 verbunden ist. Andererseits steht das Getriebe 1.2.2 über eine Pumpenwelle 1.2.4 mit den eigentlichen Pumpmittel 1.2.5 in Verbindung, wobei letztere in der 1 schematisch als Kolben oder Membran dargestellt sind.
Zum Erzeugen des Ist-Signals I in Form einer Folge von Dosierimpulsen beinhaltet die Dosiereinheit 1.2 weiterhin Sensormittel 1.2.6a, b, c in Verbindung mit einer Signalerzeugungseinheit 1.2.7. Die Sensormittel 1.2.6a–c sind an den Pumpmitteln 1.2.5 bzw. der Pumpenwelle 1.2.4 bzw. der Motorwelle 1.2.3 angeordnet, um so über eine momentane Exenter- bzw. Kolben- oder Membrangeschwindigkeit einen momentanen Dosierstrom als Ist-Signal I zu ermitteln.
Das Ist-Signal I gelangt von den Signalerzeugungsmitteln 1.2.7 der Dosiereinheit 1.2 zu weiteren Signalverarbeitungsmitteln der Steuereinrichtung 1.1 in Form eines weiteren Zählers 1.1.7 und eines weiteren Frequenzfilters 1.1.8 (Tiefpass). Zähler 1.1.7 bzw. Tiefpass 1.1.8 stehen wiederum mit den Vergleichsmitteln 1.1.5 in Verbindung.
Nach einer alternativen (nicht gezeigten) Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es in Abwandlung des in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiels auch möglich, das für einen Vergleich benötigte Ist-Signal in zeitlich hochaufgelöster Form direkt am Elektromotor 1.2.1 abzunehmen und der Steuereinrichtung 1.1 zuzuführen, so dass speziell an den Ver gleichsmitteln 1.1.5 bzw. am Zähler 1.1.7 und dem Frequenzfilter 1.1.8 ein quasi-kontinuierliches Signal für Regelungszwecke vorliegt.
Die vorliegende Erfindung, wie sie anhand der 1 grundlegend beschrieben wurde, ermöglicht eine stetige Regelung des Dosierstroms V ·_D, Q_D durch einen ständigen Soll-/Ist-Vergleich in den Vergleichsmitteln 1.1.5. Dabei beginnt die Dosierung sogleich bedarfsgerecht mit dem ersten Impuls des externen Impulsgebers 2 in Abhängigkeit von einem Fluidstrom V ·_W, Q_W und orientiert sich danach an den folgenden Impulsen des Signals S. Basis der Regelung ist ein Abgleich zwischen den externen Steuerimpulsen (Soll-Signal S) und den von der Dosiereinheit 1.2 erzeugten Dosierimpulsen (Ist-Signal I), die als Maß für den erfolgten Dosierstrom V ·_D, Q_D verwendet werden. Durch den ständigen Soll-/Ist-Vergleich wird nach Maßgabe der Anpassmittel 1.1.6, in der Praxis vorzugsweise ein PID-Regler, die Drehzahl des die Pumpmittel 1.2.5 antreibenden Elektromotors 1.2.1 und damit der von den Pumpmitteln 1.2.5 erzeugte Dosierstrom V ·_D kontinuierlich dem Bedarf angepasst. Durch eine optimale dynamische Bearbeitung der genannten Impulsfolgen mit Hilfe der Filter 1.1.2, 1.1.8 sowie durch eine zusätzliche Optimierung der Reglerparameter, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens leicht vornimmt, gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eine sehr genaue zeitliche und quantitative Anpassung des Dosierstroms V ·_D an den ursprünglichen, impulserzeugenden Fluidstrom V ·_W zu erreichen.
Die im folgenden generell als Soll-Signal S bezeichneten externen Impulse, die für das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren zur Verfügung stehen, werden gemäß der 1 durch einen Fluidstrom V ·_W, Q_W z.B. einen Wasserstrom, durch die Leitung 3 ausgelöst, wobei der Fluidstrom V ·_W in der Regel zeitlich variiert und damit zu einer ungleichmäßigen Impulsfolge (einem zeitlich veränderlichen Soll-Signal S) durch den externen Impulsgeber 2 (Wasserzähler) führt. Eine optimale Dosierung liegt dann vor, wenn der durch die erfindungsgemäße Dosierpumpe 1 erzeugte Dosierstrom V ·_D dem originär vorhandenen Fluidstrom V ·_W sowohl im zeitlichen als auch im quantitativen Verlauf bis auf einen vom Einzelfall abhängigen und in weiten Bereichen frei wählbaren Dosierfaktor K_D weitgehend entspricht.
Dieser Sachverhalt ist im folgenden ausgehend von einem beliebig vorgegebenen zeitlichen Verlauf des Fluidstroms V ·_W dargestellt. Dieser wird zur Erläuterung der Erfindung mit dem durch eine erfindungsgemäße Dosierpumpe 1 erzeugten Dosierstrom V ·_D verglichen.
Hierzu ist in 2 der zeitliche Verlauf eines Fluidstroms, beispielsweise eines Wasserstroms V ·_W, Q_W dargestellt. Ein derartiger Strom wird in Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, beispielsweise in l/h (Liter pro Stunde) gemessen. Der in der 2 dargestellte Fluidstrom schwankt mit großer Amplitude um einen Mittelwert, so dass der momentane Wert von Q_W zwischen 90% und 10% eines maximal möglichen Wertes Q_wmax variiert. Ein derartig vorgegebener Stromverlauf erzeugt an dem externen Impulsgeber 2 der
1 die im unteren Bereich der 2 dargestellte Folge von Impulsen (Impulsmodulation), die verfahrensgemäß der Dosierpumpe 1 bzw. der Steuereinrichtung 1.1 als Soll-Signal S für Regelungszwecke des Dosierstroms V ·_D, Q_D zur Verfügung steht.
Jedem Impuls des externen Impulsgebers δ ist im Zuge eines gattungsgemäßen Verfahrens bzw. bei einer gattungsgemäßen Dosierpumpe eine bestimmte Fördermenge zugeordnet. Auf diese weise ergibt sich durch Auszählen der von dem externen Impulsgeber 2 gelieferten Impulse durch den Zähler 1.1.1 zunächst eine Rekonstruktion V_W' des durch die Leitung 3 geströmten Volumens V_W (= ∫ V ·_Wdt). Dieses Volumen V_W' ist in der 3 dargestellt und zeigt demgemäß einen treppenförmigen Verlauf, wobei die (identischen) Höhen der Treppenstufen jeweils dem konstanten Volumen je Impuls entsprechen. Um eine erste Annäherung dieses Signals an den wirklichen, kontinuierlichen Verlauf des nach einer bestimmten Zeit t durch die Leitung 3 geströmten Volumens V_W zu erreichen, wird der für das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren zunächst zur Verfügung stehende treppenförmige Verlauf durch einen Frequenzfilter 1.1.2 in Form eines Tiefpasses verarbeitet, der zur Optimierung des Verarbeitungsergebnisses noch an die – von der konkreten Ausbildung der erfindungsgemäßen Dosierpumpe abhängige – maximale Impulsfrequenz anzupassen ist. Das so gewonnene geglättete Volumensignal V_W'' dient nach erfolgter Multiplikation mit dem Dosierfaktor K_D durch den Multiplizierer 1.1.3 als Soll-Wert für den Reglereingang der Anpassmittel 1.1.6, d.h. die Vergleichsmittel 1.1.5, und wird dort im Zuge einer Differenzbildung (Erzeugen eines Vergleichssignals V) mit einem entsprechenden Ist-Wert verglichen, der wie nachfolgend beschrieben aus den Betriebsdaten der Dosiereinheit 1.2 ermittelt wird:
Ein dem Soll-Signal S des externen Impulsgebers 2 vergleichbarer Impulssignal-Verlauf (Ist-Signal I) ergibt sich aus den Impulsen, die von den Pumpmitteln 1.2.5 bzw. der Pumpen- oder Motorwelle 1.2.4 bzw. 1.2.3 je Umdrehung abgegeben werden. Derartige Impulse sind beispielsweise über die in der 1 gezeigten Sensormittel 1.2.6a–c nachweisbar und ergeben, wie vorstehend für das Volumen V_W' erläutert, einen ebenfalls treppenförmigen Verlauf für das dosierte Volumen V_D' (nicht gezeigt), wobei analog die Höhe der einzelnen Treppenstufen dem Hubvolumen der Pumpmitteln 1.2.5 entspricht. Ein solcher treppenförmiger Signalverlauf ergibt sich aus dem Ist-Signal I nach einer ersten Verarbeitung durch den Zähler 1.1.7 und wird dann nach Anwendung einer optimierten Filterung in dem Frequenzfilter 1.1.8 (Tiefpass) den Vergleichsmitteln 1.1.5 (und von diesen den Anpassmitteln 1.1.6 (PID-Regler)) zugeführt.
Letztere verarbeiten die Differenz aus dem Soll-/Ist-Vergleich regelungstechnisch mit P,I,D-Faktoren und steuern auf diese Weise kontinuierlich die Drehzahl (Drehgeschwindigkeit) des Elektromotors 1.2.1 in der Dosiereinheit 1.2, woraus sich über die Über-/Untersetzung des Getriebes 1.2.2 und das Hubvolumen der Pumpmittel 1.2.5 direkt die Größe des momentanen Dosierstroms V ·_D ergibt.
Wenn es sich bei dem Elektromotor 1.2.1 um einen Schrittmotor handelt, wie dies in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Fall ist, werden vorab in an sich bekannter Weise die Saug- und Drucktakte der Pumpmittel 1.2.5 an den momentanen Bedarf angepasst. Dies ist exemplarisch für den in der 2 dargestellten Sachverhalt in der 5 dargestellt. Der obere Teil dieser Abbildung zeigt die Winkelgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) ω_P der Pumpe (Pumpmittel) 1.2.5, die sich aus der Motordrehzahl und der Über- bzw. Untersetzung des nachgeschalteten Getriebes 1.2.2 ergibt. Deutlich zu erkennen sind die relativ kurzen Saughübe H konstanter zeitlicher Dauer und mit konstanter maximaler Winkelgeschwindigkeit ω_P und die langsameren, an den tatsächlichen Dosierbedarf angepassten Druckhübe D mit geringerer Winkelgeschwindigkeit. In Zeiten erhöhten Dosierbedarfs (beispielsweise bei t = 0 s und t = 27 s) kommt es vor, dass auch der Drucktakt mit weiterhin maximaler Winkelgeschwindigkeit durchgeführt wird, was sich in der angesprochenen Abbildung in Form verbreiterter Peaks ausdrückt. Der untere Teil der 5 zeigt qualitativ das im Zuge des vorstehend erläuterten Pumpenbetriebs ausgestoßene Dosiervolumen pro Zeiteinheit, d.h. den Dosierstrom V ·_D, Q_D. Dabei entsprechen insbesondere Zeiten verbreiterter Peaks im oberen Teil der Darstellung relativ große Volumenströme im unteren Teil der 5.
Da innerhalb der Dosiereinheit 1.2 nicht nur die einzelnen Bewegungen der Pumpmittel 1.2.5 durch die genannte Impulsfolge signalisiert werden und nachweisbar sind, sondern aufgrund der Ansteuerung des Elektromotors 1.2.1 durch die Anpassmittel 1.1.6 auch die momentane Frequenz und damit die Winkelgeschwindigkeit des Motors bekannt sind, lässt sich der momentane Dosierstrom Q_D relativ genau ermitteln. Auf diese Weise lässt sich, wie in der 4 geschehen, die Genauigkeit der Dosierung in einem Vergleich des originären Fluidvolumens V_W mit dem Volumen V_D des zugegebenen Dosiermediums darstellen, wobei für den absoluten Verlauf noch der Dosierfaktor K_D zu berücksichtigen ist.

1: Dosierpumpe
1.1: Steuereinrichtung
1.1.1: Zähler
1.1.2: Frequenzfilter
1.1.3: Multiplizierer
1.1.4: Eingabe-/Speichermittel
1.1.5: Vergleichsmittel
1.1.6: Anpassmittel
1.1.7: Zähler
1.1.8: Frequenzfilter
1.2: Dosiereinheit
1.2.1: Elektromotor
1.2.2: Getriebe
1.2.3: Motorwelle
1.2.4: Pumpenwelle
1.2.5: Pumpmittel
1.2.6a, b, c: Sensormittel
1.2.7: Signalerzeugungsmittel
2: externer Impulsgeber
3: Fluidleitung
4: Dosierleitung
D: Drucktakt
H: Hubtakt
I: Ist-Signal
S: Soll-Signal
V: Vergleichssignal
V ·_D, Q_D: Dosierstrom
V_D: Dosiervolumen
V ·_W , Q_W: Fluidstrom
V_W: Fluidvolumen
Q_W,max: maximaler Fluidstrom
Q_W,min: minimaler Fluidstrom
t: Zeit
ω_P: Winkelgeschwindigkeit (der Pumpe)

Claims

Verfahren zum Steuern einer Dosierpumpe mit einem Elektromotor und einer elektronischen Steuerung für denselben, bei dem eine zu fördernde Fluidmenge durch einen externen Impulsgeber vorgegeben wird und jedem Impuls eine bestimmte Fördermenge zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosierstrom anhand einer Folge der externen Impulse (Soll-Signal) durch Regeln einer momentanen Förderleistung der Dosierpumpe unter Einwirkung der Steuerung auf den Elektromotor an einen aktuellen Bedarf angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosierstrom mit dem ersten Impuls des externen Impulsgebers beginnt und im weiteren Verlauf an das Soll-Signal angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Signal ständig mit einer Folge von der Dosierpumpe erzeugter Dosierimpulse (Ist-Signal) unter Erzeugung eines Vergleichssignals verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Regeln der momentanen Förderleistung eine Drehgeschwindigkeit des Elektromotors nach Maßgabe des Vergleichssignals verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Signal vor der Regelung mittels eines Filters verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Signal tiefpassgefiltert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ist-Signal durch Erfassen einer Bewegung einer Pumpen- oder Motorwelle oder von Pumpmitteln der Dosierpumpe erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ist-Signal vor dem Vergleich mit dem Soll-Signal mittels eines Filters verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ist-Signal tiefpassgefiltert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Saughübe der Dosierpumpe mit konstanter Drehgeschwindigkeit und Druckhübe der Dosierpumpe mit an den Bedarf angepasster Drehgeschwindigkeit des Elektromotors durchgeführt werden.
Dosierpumpe mit einem Elektromotor, mit nach Maßgabe einer Bewegung des Elektromotors oszillierenden Pumpmitteln und mit einer elektronischen Steuereinrichtung für den Elektromotor, gekennzeichnet durch Vergleichsmittel (1.1.5) in der Steuereinrichtung (1.1) zum Ver gleichen einer Folge von Impulsen eines externen Impulsgebers (2) (Soll-Signal S, Q_W) mit einer Folge von der Dosiereinheit (1.2) erzeugter Dosierimpulse (Ist-Signal I, Q_D) und durch Anpassmittel (1.1.6) zum Anpassen von Hub- (H) und Drucktakten (D) der Pumpmittel (1.2.5) und des durch diese erzeugten Ist-Signals (I, Q_D) an das Soll-Signal (S, Q_W).
Dosierpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1.2.1) ein drehzahlgeregelter Motor ist.
Dosierpumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1.2.1) ein Schrittmotor oder ein EC-Motor ist.
Dosierpumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassmittel (1.1.6) zum Regeln einer Drehfrequenz (ω_P) des Elektromotors (1.2.1) ausgebildet sind.
Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (1.1) ein erster Tiefpassfilter (1.1.2) zum Filtern des Soll-Signals (S, Q_W) vor einer weiteren Signalverarbeitung vorgesehen ist.
Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch Sensormittel (1.2.6a–c) zum Erfassen zumindest einer der Bewegungen einer Motorwelle (1.2.3), einer Pumpenwelle (1.2.4) oder von Pumpmitteln (1.2.5) zum Erzeugen des Ist-Signals (I, Q_D).
Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch einen zweiten Tiefpassfilter (1.2.8) zum Filtern des Ist-Signals (I, Q_D) vor einem Vergleichen mit dem Soll-Signal (S, Q_W).
Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch Eingabe- und/oder Speichermittel (1.1.4) zum Bereitstellen eines vor dem Vergleich mit dem Ist-Signal (I, Q_D) mit dem Soll-Signal (S, Q_W) zu multiplizierenden Dosierfaktors (K_D).