DE10341946B4

DE10341946B4 - Method and device for operating an electronically controllable motor unit

Info

Publication number: DE10341946B4
Application number: DE2003141946
Authority: DE
Inventors: Ottmar Stillhard; Klaus Müller
Original assignee: Alldos Eichler GmbH
Current assignee: Grundfos Holdings AS
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: DE10341946A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer zusammengesetzten Einheit mit einer elektronisch steuerbaren Motoreinheit und einer mit dieser zusammenwirkenden Pumpe, wobei zum Durchführen einer gewünschten Zahl von Umdrehungen der Motoreinheit während eines Zeitintervalls des Druckhubs (H) der Pumpe die Motoreinheit phasenweise bei mindestens einer ersten Motordrehzahl (f₁) und mindestens einer zweiten Motordrehzahl (f₂) des Druckhubs (H) der Pumpe betrieben wird, wobei die erste Motordrehzahl oberhalb des Resonanzfrequenzbereichs und die zweite Motordrehzahl unterhalb des Resonanzfrequenzbereichs der Motoreinheit liegt.A method of operating a composite unit having an electronically controllable motor unit and a cooperating pump, wherein for performing a desired number of revolutions of the motor unit during a time interval of the pressure stroke (H) of the pump, the motor unit is phased at at least a first motor speed (f ₁ ) and at least a second engine speed (f ₂ ) of the pump's pressure stroke (H), wherein the first engine speed is above the resonant frequency range and the second engine speed is below the resonant frequency range of the engine unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer zusammengesetzten Einheit mit einer elektronisch steuerbaren Motoreinheit und einer mit dieser zusammenwirkenden Pumpe sowie eine Vorrichtung mit einer elektronisch steuerbaren Motoreinheit, einer mit dieser zusammenwirkenden Pumpe und einer elektronischen Steuerung für die Motoreinheit.The The invention relates to a method for operating a composite Unit with an electronically controllable motor unit and a with this cooperating pump and a device with a electronically controllable motor unit, one cooperating with this Pump and electronic control for the motor unit.

Die DE 100 34 127 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einer veränderlich einstellbaren Drehzahl in einem Kraftfahrzeug. Die Druckschrift geht davon aus, dass in Kraftfahrzeugen das Problem besteht, dass beim Betrieb der diese antreibenden Verbrennungsmotoren in einem bestimmten Drehzahlbereich die Gefahr der Anregung von Resonanzschwingungen am Kraftfahrzeug besteht. Die Druckschrift geht davon aus, dass es bekannt ist, an der Karosserie von Fahrzeugen einen Sensor anzubringen, so dass beim Auftreten von Resonanzschwingungen, die durch den Sensor gemessen werden, die Drehzahl der Verbrennungsmaschine geringfügig geändert wird, um den Resonanzbereich zu verlassen. Dies sieht die Druckschrift als nicht ausreichend an, da die durch Verbrennungsmotoren der Kraftfahrzeugmotoren erzeugten Resonanzschwingungen an der Karosserie in weiten Drehzahlbereichen auftreten können und eine geringfügige Änderung der Drehzahl von daher nicht zur Vermeidung von Resonanzschwingungen führt. Die Druckschrift führt weiterhin aus, dass zur Vermeidung von Resonanzschwingungen in Kraftfahrzeugen deshalb die Motoren häufig entweder in einem sehr hohen oder einem sehr niedrigen Drehzahlbereich betrieben werden, womit zwar die Anregung von Resonanzschwingungen unterbunden wird, allerdings die Verwendung der Motoren eingeschränkt bzw. nicht optimiert ist, da bedingt durch die hohe bzw. niedrige Drehzahl die Leistung des Motors für manche Anforderungen zu hoch bzw. zu niedrig ist. Demgemäß sieht die Druckschrift eine Steuereinheit für einen Motor mit einer veränderlich einstellbaren Drehzahl in einem Kraftfahrzeug vor, die zur Erzeugung eines Signals ausgelegt ist, mit dem die Drehzahl des Motors periodisch änderbar ist. Hierdurch soll die Erzeugung von Resonanzschwingungen vermieden werden. In der Druckschrift wird keine Zuordnung der sich verändernden Drehzahlen und damit dieser selbst zu sonstigen Werten oder Parametern des Motors oder der von diesem angetriebenen Einheit genannt.The DE 100 34 127 A1 shows a device for controlling an internal combustion engine with a variably adjustable speed in a motor vehicle. The document assumes that in motor vehicles there is the problem that during operation of these driving internal combustion engines in a certain speed range there is the danger of excitation of resonant vibrations on the motor vehicle. The document assumes that it is known to attach a sensor to the body of vehicles so that when resonance oscillations are sensed by the sensor, the speed of the internal combustion engine is slightly changed to leave the resonance range. The document does not consider this to be sufficient, since the resonance vibrations generated by internal combustion engines of the motor vehicle engines can occur on the body in wide rotational speed ranges and a slight change in the rotational speed therefore does not lead to the avoidance of resonance vibrations. The document further states that to avoid resonant vibrations in motor vehicles, therefore, the motors are often operated either in a very high or a very low speed range, which indeed prevents the excitation of resonant vibrations, but the use of the motors is limited or not optimized , because due to the high or low speed, the performance of the engine for some requirements is too high or too low. Accordingly, the document provides a control unit for a motor with a variably adjustable speed in a motor vehicle, which is designed to generate a signal with which the rotational speed of the motor is periodically changed. As a result, the generation of resonance vibrations should be avoided. In the document, no assignment of the changing speeds and thus this itself to other values or parameters of the engine or driven by the unit called.

Die DE 41 40 329 A1 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Elektroantriebsmotor, insbesondere für eine Kraftstoff-Förderpumpe einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, durch die die Drehzahl des Elektroantriebsmotors entsprechend dem jeweiligen variablen Leistungsbedarf gesteuert ist, wobei weiterhin die Drehzahl (N) des Elektroantriebsmotors unter Berücksichtigung des jeweiligen Leistungsbedarfs in Abhängigkeit vom Geräuschpegel des vom Elektroantriebsmotor und/oder von dessen angetriebener Einrichtung (Kraftstoff-Förderpumpe) abgegebenen Geräusche im Hinblick auf minimale Geräuschabgabe gesteuert wird. Wenn durch die Änderung der gewünschten Förderleistung die Drehzahl zu einem hohen Geräuschpegel führt, dann wird die Drehzahl zu einer benachbarten Drehzahl geändert, die bei einem niedrigen Geräuschpegel liegt. Dies setzt voraus, dass der Geräuschpegelverlauf exakt bekannt ist und sich auf Dauer nicht ändert. Im Hinblick auf den Erfindungsgegenstand ist aber wesentlich, dass hier jeweils nur mit einer an die gewünschte Förderleistung angepassten, ggf. hinsichtlich des Geräuschpegels korrigierten Drehzahl gearbeitet wird und damit eine ungleichmäßige Förderleistung bewirkt wird, wenn diese auch lediglich sinusförmig ist.The DE 41 40 329 A1 shows a circuit arrangement for an electric drive motor, in particular for a fuel delivery pump of an automotive internal combustion engine through which the speed of the electric drive motor is controlled according to the respective variable power requirement, further wherein the speed (N) of the electric drive motor taking into account the respective power requirement depending on the noise level the noise emitted by the electric drive motor and / or its powered device (fuel delivery pump) is controlled for minimum noise output. If, by changing the desired delivery rate, the speed results in a high noise level, then the speed is changed to an adjacent speed which is at a low noise level. This assumes that the noise level profile is known exactly and does not change over time. In view of the subject invention is essential, however, that in each case only one adapted to the desired capacity, possibly corrected in terms of noise level speed is used and thus uneven delivery is effected, if this is also only sinusoidal.

Die DE 100 33 995 A1 zeigt ein Verfahren zum Steuern einer elektronisch angetriebenen Dosierpumpe, bei der die zu fördernde Fluidmenge durch externe Ansteuerung oder durch Voreinstellung vorgegeben wird, wobei der Elektromotor entsprechend dieser Vorgaben angesteuert wird. Weiterhin soll nach einer vorgegebenen Betriebszeit eine sich aufgrund der Pumpensteuerung innerhalb der Betriebszeit ergebende geförderte Fluidmenge (theoretische Fördermenge) ermittelt und mit einer aus den Vorgaben ermittelten Sollfördermenge verglichen werden, wobei in Abhängigkeit der sich daraus ergebenden Differenz die Ansteuerung der Pumpe korrigiert wird. Es handelt sich hierbei um ein Korrekturverfahren hinsichtlich der Förderleistung der Pumpe über mehrere Förderintervalle hin.The DE 100 33 995 A1 shows a method for controlling an electronically driven metering pump, in which the amount of fluid to be delivered is predetermined by external control or by default, wherein the electric motor is driven in accordance with these specifications. Furthermore, after a given operating time, a pumped fluid quantity (theoretical flow rate) resulting from the pump control is determined and compared with a desired flow rate determined from the specifications, the control of the pump being corrected as a function of the resulting difference. This is a correction procedure with regard to the delivery rate of the pump over several delivery intervals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Erzeugung von Resonanzschwingungen einen möglichst gleichmäßigen Förderstrom des durch die Pumpe geförderten Mediums zu erreichen.Of the Invention is based on the object, while avoiding the generation of resonant vibrations one possible uniform flow rate funded by the pump To reach the medium.

Zur Lösung der genannten Aufgabe sieht die Erfindung Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2 sowie gattungsgemäße Vorrichtungen mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 10 und 11 vor.to solution the above object, the invention provides methods with the features of claim 1 and claim 2 and generic devices with the characterizing features of claims 10 and 11.

Auf vielfältigen Gebieten der Technik werden zum Erreichen bestimmter Wirkungen elektronisch steuerbare Motoreinheiten eingesetzt, die mit einer mechanischen Einheit zusammenwirken. Ein Beispiel für solche zusammengesetzten Einheiten sind elektromotorisch angetriebene Dosierpumpen, die insbesondere zum Fördern und Dosieren kleiner bis kleinster Flüssigkeitsmengen, beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie, eingesetzt werden. Bei solchen Pumpen wird die oszillierende Bewegung der Pumpe durch ein Getriebe nach Art eines Kurbelantriebs erzeugt (mechanische Einheit), das durch eine rotatorische Bewegung des in der Pumpe enthaltenen Elektromotors (Motoreinheit) 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 (elektronisch steuerbare Motoreinheiten) eingesetzt. Die Fördermengensteuerung erfolgt durch Änderung der Motorgeschwindigkeit, wobei bei den genannten Motoren, z.B. Schrittmotoren, das Intervall zwischen den einzelnen Motorschritten entsprechend angepasst wird.In various fields of technology electronically controllable motor units are used to achieve certain effects, which interact with a mechanical unit. An example of such composite units are electric motor driven metering pumps, which are used in particular for conveying and dosing small to very small amounts of liquid, for example in the pharmaceutical industry. In such pumps, the oscillating motion the pump by a gear mechanism in the manner of a crank drive generated (mechanical unit), which is implemented by a rotational movement of the pump contained in the electric motor (motor unit) and thereby usually underpaid, so that it is possible to pump the pumping correspondingly precisely to control small volumes. For flow control usually variable speed electric motors (electronically controllable motor units) are used. The flow rate control is carried out by changing the motor speed, wherein in the mentioned motors, eg stepper motors, the interval between the individual motor steps is adjusted accordingly.

Der Einsatz von drehzahlvariablen Elektromotoren hat gegenüber den früher ausschließlich eingesetzten Pumpen mit bei konstanter Drehzahl arbeitenden Motoren, 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 abgegebene Dosierstrom wesentlich gleichförmiger und damit quasi-kontinuierlich gestaltet werden.Of the Use of variable speed electric motors has compared to the earlier used exclusively Pumps operating at constant speed motors, for example Synchronous motors, brought great progress in dosing technology: So can, for example, with stepper motors through different speeds (Duration) for the pressure and suction stroke of the metering pump the dispensed dosing much more uniform and thus be designed quasi-continuously.

Die eingesetzten elektronisch steuerbaren Motoreinheiten, insbesondere wenn es sich um Schrittmotoren handelt, weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie in bestimmten Frequenzbereichen infolge von Resonanzerscheinungen einen unruhigen bzw. instabilen Lauf besitzen, was in vielen Fällen zu verstärkter Geräuschentwicklung, zu unregelmäßigen Antriebsgeschwindigkeiten und anderen negativen Erscheinungen führt. Bei dem angesprochenen Beispiel, bei dem Elektromotoren in Dosierpumpen zum Fördern kleinster Volumina eingesetzt werden, können derartige Resonanzerscheinungen zu einer ungenauen bzw. fehlerhaften Dosierung führen, was in der Praxis unerwünscht ist.The used electronically controllable motor units, in particular however, when it comes to stepper motors, they have the disadvantage that they are in certain frequency ranges due to resonance phenomena have a restless or unstable run, which in many cases leads to increased noise, at irregular drive speeds and other negative phenomena. In the example mentioned, used in the electric motors in metering pumps for conveying very small volumes can, can Such resonance phenomena to an inaccurate or faulty Lead dosage, which is undesirable in practice is.

Vorzugsweise liegt die erste Motordrehzahl oberhalb des Resonanzfrequenzbereichs und die zweite Motordrehzahl unterhalb des Resonanzfrequenzbereichs. Auf diese Weise lässt sich bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Dosierpumpe der bei einem Druckhub mit konstanter Drehgeschwindigkeit des Elektromotors auftretende sinusförmige Verlauf des Volumenstroms, der in der Regel insbesondere in seiner Anfangs- und Endphase weit unterhalb eines gewünschten gleichmäßigen Mittelwertes liegt, weitgehend ausgleichen. Um eine noch bessere Kompensation zu erreichen, können erfindungsgemäß mehr als nur eine erste und mehr als nur eine zweite Motordrehzahl vorgesehen sein, so dass insbesondere in der Anfangsphase des Druckhubs der Totpunkt des sinusförmigen Verlaufs möglichst schnell verlassen wird.Preferably the first engine speed is above the resonant frequency range and the second engine speed below the resonant frequency range. That way when using the method according to the invention for operating a metering pump in a pressure stroke at a constant rotational speed the sinusoidal flow of the volumetric flow, which usually goes far, especially in its beginning and end stages below a desired one uniform average lies, largely offsetting. For even better compensation to reach more than only a first and more than a second engine speed provided so that especially in the initial phase of the pressure stroke the Dead center of the sinusoidal Course as possible is left quickly.

Ebenfalls aus Gründen der Kompensation ist im Zuge einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Motoreinheit zunächst bei der ersten, anschließend bei der zweiten und schließlich erneut bei der ersten Motordrehzahl betrieben wird. Vorzugsweise wird dabei schon aus Gründen der Materialschonung sowie der Geräuschvermeidung die Motordrehzahl beim Übergang von der ersten zur zweiten Motordrehzahl kontinuierlich verändert. Obwohl hierbei kurzzeitig auch der Resonanzfrequenzbereich durchfahren werden muss, lassen sich die entsprechenden Zeiten leicht so begrenzen, das sich keine nachteilige Resonanzwirkung aufbauen kann.Also for reasons the compensation is in the course of a preferred embodiment of the inventive method provided that the motor unit first at the first, then at the second and finally is operated again at the first engine speed. Preferably is doing so for reasons the material protection as well as the noise avoidance the engine speed at the transition continuously changed from the first to the second engine speed. Even though in this case, the resonant frequency range will also be briefly passed through the times can be easily limited, that can not build up a detrimental resonance effect.

Verfahrenstechnisch sind zur Kompensation der Frequenzänderungen zwei alternative Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die sich als Zeitmodulation und Frequenzmodulation bezeichnen lassen. Bei der Zeitmodulation ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Motordrehzahl im wesentlichen vorgegeben sind und der Wert einer Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit durch Anpassen von Zeitintervalllängen für den Betrieb der jeweiligen Motordrehzahl eingestellt wird. Dagegen wird im Zuge der Frequenzmodulation die Kompensation dadurch erreicht, dass Zeitintervalllängen für den Betrieb bei der ersten und der zweiten Motordrehzahl im wesentlichen vorgegeben sind und der Wert einer Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit durch Anpassen von Werten für die erste und die zweite Motordrehzahl eingestellt wird. Jedoch ist auch eine aus den beiden genannten Modulationsarten zusammengesetzte Mischform möglich.process engineering are two alternatives to compensate for the frequency changes Embodiments of the method according to the invention possible, the can be described as time modulation and frequency modulation. In the time modulation is provided that the first and the second Motor speed are essentially predetermined and the value of an output characteristic of the mechanical Unit by adjusting time interval lengths for the operation of each Engine speed is set. In contrast, in the course of the frequency modulation the compensation achieved by time interval lengths for the operation essentially predetermined at the first and second engine speeds are and the value of an output characteristic of the mechanical unit by adjusting values for the first and second engine speeds are set. however is also a composite of the two modulation types mentioned above Mixed form possible.

Vorzugsweise erfolgen die genannten Veränderungen der Motordrehzahl, wenn es sich bei der zusammengesetzten Einheit um eine Dosierpumpe mit drehzahlvariablem Elektromotor, bei der mechanischen Einheit um oszillierende Pumpmittel und bei einer Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit um einen geförderten Volumenstrom handelt, während eines Druckhubs der Dosierpumpe, der somit auch das in den Ansprüchen 1 und 10 genannten Zeitintervall darstellt.Preferably the mentioned changes take place the engine speed, if it is the composite unit to a metering pump with variable speed electric motor, in the mechanical unit around oscillating pumping means and at an output characteristic of the mechanical Unit for a subsidized Volume flow is while a pressure stroke of the metering pump, which thus also in the claims 1 and 10 time interval represents.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dosierpumpe nach Anspruch 11 ist vorgesehen, dass es sich bei dem Elektromotor um einen Schrittmotor oder einen EC-Motor handelt.In a preferred embodiment of the metering pump according to the invention According to claim 11 it is provided that it is in the electric motor is a stepper motor or an EC motor.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of exemplary embodiments based on the drawing. It shows:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a schematic representation of a device according to the invention;

2 den Frequenzverlauf der Motordrehzahl einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Betrieb nach dem erfindungsgemäßen Verfahren; 2 the frequency response of the engine speed of a device according to the invention when operating the inventive method;

3 eine graphische Darstellung eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens realisierbaren Ausgangskenngröße; und 3 a graphical representation of a realizable by means of the method according to the invention output characteristic; and

4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 a flow diagram of the method according to the invention.

Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form einer Dosierpumpe 1. Die Dosierpumpe 1 bein haltet eine Steuereinrichtung 1.1 sowie eine Dosiereinheit 1.2. Die Steuereinrichtung 1.1 erhält nach dem gezeigten Ausführungsbeispiel, das in seinen Grundzügen der DE 103 22 404 A1 desselben Anmelders entnommen ist, als Sollsignal S eine durch einen externen Impulsgeber 2, beispielsweise einem Durchflussmesser, erzeugte Impulsfolge. Der externe Impulsgeber 2 ist dabei in einer Fluidleitung 3 eingesetzt, durch die ein Fluidstrom V . geleitet wird. An diesen ist ein durch die erfindungsgemäße Dosierpumpe 1 durch eine Dosierleitung 4 zu liefernder Volumenstrom Q (Dosierstrom) geeignet anzupassen, so dass im weiteren Verlauf der Fluidleitung 3 im Gesamtfluidstrom V . + Q ein geeignetes Mischungsverhältnis besteht.The 1 schematically shows a device according to the invention in the form of a metering pump 1 , The dosing pump 1 leg hold a control device 1.1 and a dosing unit 1.2 , The control device 1.1 receives according to the embodiment shown, the basic features of the DE 103 22 404 A1 taken from the same applicant, as a desired signal S one by an external pulse generator 2 , For example, a flow meter, generated pulse train. The external pulse generator 2 is doing in a fluid line 3 used, through which a fluid flow V. is directed. At this is a through the metering pump according to the invention 1 through a dosing line 4 to be supplied to adjust volume flow Q (dosing) suitably, so that in the further course of the fluid line 3 in the total fluid flow V. + Q is a suitable mixing ratio.

In der Darstellung der 1 sind Signale bzw. Signallaufwege generell mit punktierten Pfeilen bezeichnet.In the presentation of the 1 Signals or signal paths are generally denoted by dotted arrows.

Die erfindungsgemäße Dosierpumpe 1 weist in der Steuereinrichtung 1.1 Signalverarbeitungsmittel für das Sollsignal S auf, nämlich einen Zähler 1.1.1 und einen Frequenzfilter 1.1.2, vorzugsweise einen Tiefpass, wie in der genannten Patentanmeldung 103 22 404.1 detailliert beschrieben. Weiterhin beinhaltet die Dosierpumpe 1 einen Multiplizierer 1.1.3, Eingabe-/Speichermittel 1.1.4 für einen Dosierfaktor K_D sowie Vergleichsmittel 1.1.5 in Form eines Subtrahierers, der das Ausgangssignal des Multiplizierers 1.1.3 mit einem durch die Dosiereinheit 1.2 der Dosierpumpe 1 gelieferten Ist-Signal I vergleicht. Den Vergleichsmitteln 1.1.5 nachgeschaltet beinhaltet die Steuereinrichtung 1.1 Steuermittel 1.1.6 zum Anpassen von Betriebsparametern der Dosiereinheit 1.2, insbesondere der Motordrehzahl eines in der Dosiereinheit 1.2 enthaltenen Elektromotors 1.2.1. Bei dem Steuermittel 1.1.6 kann es sich vorzugsweise um einen PID-Regler handeln.The metering pump according to the invention 1 points in the control device 1.1 Signal processing means for the desired signal S, namely a counter 1.1.1 and a frequency filter 1.1.2 , preferably a low pass, as described in detail in said patent application 103 22 404.1. Furthermore, the metering pump includes 1 a multiplier 1.1.3 , Input / storage means 1.1.4 for a metering factor K _D and comparison means 1.1.5 in the form of a subtractor, which is the output signal of the multiplier 1.1.3 with one through the dosing unit 1.2 the dosing pump 1 supplied actual signal I compares. The comparison means 1.1.5 connected downstream includes the control device 1.1 control means 1.1.6 for adjusting operating parameters of the dosing unit 1.2 , in particular the engine speed of one in the metering unit 1.2 contained electric motor 1.2.1 , In the control means 1.1.6 it may preferably be a PID controller.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 beinhalten die Steuermittel 1.1.6 weiterhin Bestimmungsmittel 1.1.7, die zum Bestimmen eines zu fördernden Volumenstroms Q und einer zugeordneten Motordrehzahl des Elektromotors 1.2.1 ausgebildet sind. Weiterhin umfassen die Steuermittel 1.1.6 Vergleichsmittel 1.1.8 zum Vergleichen der zugeordneten Motordrehzahl mit einem Resonanzfrequenzbereich [f₀ – Δf, f₀ + Δf] des Elektromotors 1.2.1 sowie Rechenmittel 1.1.9, die zum erfindungsgemäßen Bestimmen mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Motordrehzahl außerhalb des genannten Resonanzfrequenzbereichs des Elektromotors 1.2.1 ausgebildet sind. Die Bestimmungsmittel 1.1.7, Vergleichsmittel 1.1.8 und Rechenmittel 1.1.9 sind vorzugsweise software-technisch innerhalb der Steuermittel 1.1.6 ausgebildet.According to the embodiment of the 1 include the control means 1.1.6 furthermore determination means 1.1.7 for determining a volume flow Q to be delivered and an associated engine speed of the electric motor 1.2.1 are formed. Furthermore, the control means comprise 1.1.6 comparison means 1.1.8 for comparing the associated engine speed with a resonant frequency range [f ₀ -Δf, f ₀ + Δf] of the electric motor 1.2.1 as well as computing resources 1.1.9 for determining according to the invention at least one first and at least one second engine speed outside of said resonant frequency range of the electric motor 1.2.1 are formed. The determining means 1.1.7 , Comparative agent 1.1.8 and computing resources 1.1.9 are preferably software-technically within the control means 1.1.6 educated.

Schließlich beinhaltet die Steuereinrichtung 1.1 noch weitere Signalverarbeitungsmittel, nämlich einen weiteren Zähler 1.1.10 sowie einen weiteren Frequenzfilter 1.1.11 (Tiefpass).Finally, the controller includes 1.1 still further signal processing means, namely another counter 1.1.10 as well as another frequency filter 01/01/11 (Low pass).

Die eigentliche Dosiereinheit 1.2 beinhaltet zusätzlich zu dem bereits genannten 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 Pumpmitteln 1.2.5 in Verbindung, die in der 1 schematisch als Kolben oder Membran dargestellt sind.The actual dosing unit 1.2 includes in addition to the already mentioned electric motor 1.2.1 a gearbox 1.2.2 that has a motor shaft 1.2.3 with the electric motor 1.2.1 connected is. On the other hand, the transmission is 1.2.2 via a pump shaft 1.2.4 with the actual pumping means 1.2.5 connected in the 1 are shown schematically as a piston or membrane.

Weiterhin beinhaltet die Dosiereinheit 1.2 Sensormittel 1.2.6a, b, c in Verbindung mit einer Signalerzeugungseinheit 1.2.7, die zum Erzeugen eines Ist-Signals I dienen. Dieses wird unter Verwendung des Zählers 1.1.10 und des Frequenz filters 1.1.11 zur grundsätzlichen Steuerung der Dosierpumpe 1 verwendet, wie in der DE 103 22 404 A1 beschrieben.Furthermore, the dosing unit includes 1.2 sensor means 1.2.6a , b, c in conjunction with a signal generation unit 1.2.7 , which serve to generate an actual signal I. This is done using the counter 1.1.10 and the frequency filter 01/01/11 for the basic control of the dosing pump 1 used as in the DE 103 22 404 A1 described.

Die vorstehend beschriebene Dosierpumpe 1 ermöglicht eine stetige Regelung des Dosierstroms Q durch einen ständigen Soll-/Ist-Vergleich in dem Vergleichsmittel 1.1.5. Auf diese Weise gelingt es, eine sehr genaue zeitliche und quantitative Anpassung des Dosierstroms an den ursprünglichen, Impuls erzeugenden Fluidstrom zu erreichen.The metering pump described above 1 allows a continuous control of the metered flow Q by a constant target / actual comparison in the comparison means 1.1.5 , In this way, it is possible to achieve a very accurate temporal and quantitative adjustment of the metering to the original, pulse-generating fluid flow.

Erfindungsgemäß ist die gezeigte Dosierpumpe 1 weiterhin zum Vermeiden bestimmter Drehzahlbereiche (Frequenzbereiche des Elektromotors 1.2.1) ausgebildet, insbesondere wenn es sich bei diesem um einen Schrittmotor oder um einen EC-Motor handelt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Elektromotor 1.2.1 nicht direkt mit einer aus dem Soll-/Ist-Vergleich in den Vergleichsmitteln 1.1.5 resultierenden Drehfrequenz f_i angesteuert wird, sondern dass in den Vergleichsmitteln 1.1.8 zunächst ein Vergleich der Frequenz f_i mit einem bekannten Frequenzbereich des Elektromotors 1.2.1 stattfindet, in dem dieser infolge von Resonanzerscheinungen zu einem unruhigen bzw. instabilen Lauf neigt, was im Betrieb zu verstärkter Geräuschentwicklung, unregelmäßigen Antriebsgeschwindigkeiten und damit verbunden zu einer negativen Beeinträchtigung des Dosierstroms Q führen kann. Befindet sich die Frequenz f_i in dem genannten Frequenzbereich, so werden mittels der Rechenmittel 1.1.9 mindestens eine erste und mindestens eine zweite Motordrehzahl (Drehfrequenzen f₁, f₂) bestimmt, die außerhalb des Resonanzfrequenzbereichs des Elektromotors 1.2.1 liegen. Dies ist prinzipiell in der 2 zeichnerisch dargestellt.According to the invention, the metering pump is shown 1 continue to avoid certain speed ranges (frequency ranges of the electric motor 1.2.1 ), in particular if this is a stepping motor or an EC motor. This is inventively achieved in that the electric motor 1.2.1 not directly with one from the target / actual comparison in the comparison means 1.1.5 resulting rotational frequency f _{i is} driven, but that in the comparison means 1.1.8 First, a comparison of the frequency f _i with a known frequency range of the electric motor 1.2.1 takes place in which this tends due to resonance phenomena to a troubled or unstable run, which can lead to increased noise, irregular drive speeds and, associated therewith, in a negative impact on the metering flow Q. If the frequency f _{i is} in said Fre quency range, so by means of the computing means 1.1.9 at least one first and at least one second engine speed (rotational frequencies f ₁ , f ₂ ) determined outside the resonant frequency range of the electric motor 1.2.1 lie. This is basically in the 2 illustrated by drawings.

Die gestrichelte Linie in 2 zeigt die durch die Bestimmungsmittel 1.1.7 ermittelte Drehzahl des Elektromo tors 1.2.3, bei der die Dosierpumpe 1 den gewünschten Volumenstrom Q liefern würde. Allerdings liegt die Frequenz f_i innerhalb des mit [f₀ – Δf, f₀ + Δf] bezeichneten Resonanzfrequenzbereichs des Elektromotors 1.2.1. Nachdem dies in den Vergleichsmitteln 1.1.8 festgestellt wurde, bestimmen die Rechenmittel 1.1.9 eine erste Motordrehzahl f₁ und eine zweite Motordrehzahl f₂ sowie zugehörige Zeitintervalle Δt₁ und Δt₂, so dass die Dosierpumpe 1, wenn sie während eines vollständigen Druckhubs H (Gesamt-Zeitintervall) nicht durchgehend bei der Drehzahl f_i, sondern gemäß der in 3 gezeigten Abfolge zunächst bei der höheren Drehzahl f₁, anschließend bei der niedrigeren Drehzahl f₂ und schließlich erneut bei der höheren Drehzahl f₁ betrieben wird, einen Volumenstrom Q fördert, der im wesentlichen demjenigen entspricht, der sich ergeben würde, wenn der Elektromotor 1.2.1 während des gesamten Druckhubs H mit der unerwünschten Frequenz f_i angesteuert werden würde.The dashed line in 2 shows the by the determination means 1.1.7 determined speed of the electromobility sector 1.2.3 in which the metering pump 1 would deliver the desired volume flow Q. However, the frequency f _i lies within the resonant frequency range of the electric motor designated by [f ₀ -Δf, f ₀ + Δf] 1.2.1 , After doing this in the comparison means 1.1.8 was determined, determine the means of calculation 1.1.9 a first engine speed f ₁ and a second engine speed f ₂ and associated time intervals At ₁ and At ₂ , so that the metering pump 1 if during a complete pressure stroke H (total time interval) it is not continuous at the speed f _i but according to the in 3 shown sequence is first operated at the higher speed f ₁ , then at the lower speed f ₂ and finally again at the higher speed f ₁ , promotes a flow rate Q, which substantially corresponds to that which would result if the electric motor 1.2.1 during the entire printing stroke H with the undesired frequency f _i would be controlled.

Dies ist in der 3 zeichnerisch dargestellt. Die gestrichelte Kurve gibt den sinusförmigen Verlauf des Volumenstroms Q über der Zeit t wieder, der sich bei der Ansteuerung des Elektromotors 1.2.1 mit konstanter Drehzahl f_i ergibt. Für einen Druckhub mit konstanter Frequenz (konstanter Winkelgeschwindigkeit) ergibt sich bei Kurbelwellen- bzw. Excenter-Antrieb ein angenährt sinusförmiger Verlauf von Kolben- bzw. Membrangeschwindigkeit und entsprechend ein angenährt sinusförmiger Verlauf des Dosierstroms Q während des Druckhubs H. Demnach verläuft der Dosierstrom Q in der Anfangsphase des Druckhubs H (etwa bei t = 0,2 s) von einem Wert Null ansteigend weit unterhalb des eigentlich gewünschten gleichmäßigen Mittelwertes (etwa bei Q = 0,8 ml/s). Das gleiche gilt für die Endphase des Druckhubs H (etwa bei t = 1,8 s), wo der Wert für den Volumenstrom Q wieder auf den Wert Null abfällt. Dagegen treten im mittleren Bereich des Druckhubs H (0,6 s < t < 1,5 s) Dosierströme Q auf, die entsprechend über dem angestrebten Mittelwert liegen.This is in the 3 illustrated by drawings. The dashed curve shows the sinusoidal profile of the volume flow Q over the time t again, which is in the control of the electric motor 1.2.1 at constant speed f _i results. For a pressure stroke with a constant frequency (constant angular velocity) results in crankshaft or eccentric drive a more sinusoidal curve of piston or diaphragm speed and correspondingly a sinusoidal sinusoidal course of the metering Q during the pressure stroke H. Accordingly, the metering Q runs in the initial phase of the pressure stroke H (approximately at t = 0.2 s) rising from a value zero far below the actually desired average value (approximately at Q = 0.8 ml / s). The same applies to the final phase of the pressure stroke H (approximately at t = 1.8 s), where the value for the volume flow Q drops back to the value zero. In contrast, metering flows Q occur in the middle range of the pressure stroke H (0.6 s <t <1.5 s), which are correspondingly higher than the desired mean value.

Mit dem zuvor anhand der 2 beschriebenen Ansteuerung des Elektromotors 1.2.1 mit größerer Frequenz f₁ in der Anfangs- und Endphase und mit kleinerer Frequenz f₂ in der mittleren Phase des Druckhubs H kann die vorstehend für konstante Frequenzen f_i hergeleitete Ungleichförmigkeit des Dosierstroms Q teilweise kompensiert werden. Dies ist in der 3 anhand der durchgezogenen Kurve dargestellt. Das kurzzeitige Betreiben der Vorrichtung im Bereich der Resonanzfrequenz wirkt sich dabei aufgrund der begrenzten Zeitdauer nicht negativ aus.With the previously based on the 2 described control of the electric motor 1.2.1 with higher frequency f ₁ in the initial and final phase and with a smaller frequency f ₂ in the middle phase of the pressure stroke H, the non-uniformity of the metered flow Q derived above for constant frequencies f _i can be partially compensated. This is in the 3 shown by the solid curve. The short-term operation of the device in the region of the resonant frequency does not have a negative effect due to the limited time duration.

Die gezeigte Kompensation kann noch verfeinert werden, wenn statt der geradlinigen trapezförmigen Frequenzverläufe (2) noch feiner angepasste Frequenzverläufe gewählt werden, beispielsweise durch Vorsehen weiterer gegenüber der Frequenz f_i erhöhter bzw. erniedrigter Frequenzstufen f₁', f₁'', ... bzw. f₂', f₂'', ... (hier nicht dargestellt) Eine "perfekte" Kompensation wäre erreicht, wenn ein zur Sinusfunktion reziproker Frequenzverlauf durch die Steuermittel 1.1.6 zum Ansteuern des Elektromotors 1.2.1 verwendet würde. Dies ist aufgrund der Unendlichkeitsstellen der reziproken Sinusfunktion bei einem Argument von 0° bzw. 180° jedoch am Anfang und Ende des Druckhubs H technisch nicht realisierbar.The compensation shown can be further refined if, instead of the straight-line trapezoidal frequency characteristics ( 2 ) More finely adjusted frequency curves are selected, for example by providing further versus frequency f _i increased or decreased frequency elements f ₁ ', f _1' ', ... and f _2', f ₂ '', ... (here not shown) A "perfect" compensation would be achieved if a reciprocating to the sinusoidal frequency response by the control means 1.1.6 for driving the electric motor 1.2.1 would be used. This is not technically feasible due to the infinity points of the reciprocal sine function with an argument of 0 ° or 180 °, however, at the beginning and end of the pressure stroke H.

Alternativ zu der anhand der 2 beschriebenen Möglichkeit, sowohl die Frequenzen f₁ und f₂ als auch die zugehörigen Zeitintervalle Δt₁ und Δt₂ durch die Rechenmittel 1.1.9 geeignet anpassen zu lassen, ist es auch möglich, entweder die Frequenzen oder die Zeitintervalle fest vorzugeben und nur den jeweils anderen Parameter gemäß dem ge wünschten Volumenstrom Q anzupassen. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn bestimmte Drehzahlen des Elektromotors 1.2.1 für einen genauen und geräusch- bzw. verschleißarmen Dosierbetrieb besonders geeignet sind.Alternatively to the basis of the 2 described possibility, both the frequencies f ₁ and f ₂ and the associated time intervals .DELTA.t ₁ and At ₂ by the computing means 1.1.9 it is also possible to specify either the frequencies or the time intervals and to adapt only the respective other parameters in accordance with the desired volume flow Q. This can be useful, in particular, when certain rotational speeds of the electric motor 1.2.1 are particularly suitable for a precise and low-noise or low-wear metering operation.

Die 4 zeigt abschließend ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird in den Schritten S1.1, S1.2 der Ist-Wert bzw. der Soll-Wert des Dosiervolumens festgestellt. Im nachfolgenden Schritt S2 wird durch die Bestimmungsmittel 1.1.7 (1) ein (momentan) zu fördernder Volumenstrom Q ermittelt und in Schritt S3 die zugeordnete Motordrehzahl f_i des Elektromotors 1.2.1 (1) bestimmt. Anschließend erfolgt in Schritt S4 die Abfrage (in den Vergleichsmitteln 1.1.8), ob die Drehzahl f_i oberhalb des Resonanzfrequenzbereichs des Elektromotors liegt, d.h. ob f_i > f₀ + Δf. Wird diese Abfrage verneint (n), so erfolgt in Schritt S5 eine entsprechende Abfrage, ob die Drehzahl f_i unterhalb des Resonanzfrequenzbereichs des Elektromotors 1.2.1 liegt, d.h. ob f_i < f₀ – Δf. Wird auch diese Abfrage verneint (n), so wird der Druckhub H wie vorstehend anhand der 2 und 3 erläutert mit Frequenzen f₁ und f₂ sowie zugehörigen Zeitintervallen Δt₁ und Δt₂ durchgeführt. Im Falle einer Bejahung (j) einer der beiden Abfragen in den Schritten S4, S5 wird der Druckhub in Schritt S7 mit der eingangs ermittelten Frequenz f_i durchgeführt. In jedem Fall wird das so bestimmte Frequenzsignal in Schritt S8 an einem Ausgang der Steuermittel 1.1.6 bereitgestellt und in Schritt S9 der Elektromotor 1.2.1 entsprechend angesteuert.The 4 finally shows a flowchart of an exemplary sequence of the method according to the invention. First, the actual value or the nominal value of the dosing volume is determined in steps S1.1, S1.2. In the following step S2 is determined by the determination means 1.1.7 ( 1 ) (currently) to be delivered volume flow Q and in step S3, the associated engine speed f _{i of} the electric motor 1.2.1 ( 1 ) certainly. Subsequently, in step S4, the query (in the comparison means 1.1.8 ), whether the rotational speed f _{i is} above the resonant frequency range of the electric motor, ie, whether f _i > f ₀ + .DELTA.f. If this query is answered in the negative, an appropriate query is made in step S5 as to whether the rotational speed f _{i is} below the resonant frequency range of the electric motor 1.2.1 is, ie, if f _i <f ₀ - .DELTA.f. If this query is also answered in the negative, the pressure stroke H is as described above with reference to FIG 2 and 3 explained with frequencies f ₁ and f ₂ and associated time intervals .DELTA.t ₁ and At ₂ performed. In the case of an affirmative answer (j) one of the two queries in steps S4, S5 of the compression stroke in step S7 with the initially determined frequency f _i is performed. In any case, the frequency signal thus determined is at an output of the control means in step S8 1.1.6 provided and in step S9 the electric motor 1.2.1 controlled accordingly.

11: Dosierpumpemetering
1.1.1.1.: Steuereinrichtungcontrol device
1.1.11.1.1: Zählercounter
1.1.21.1.2: Frequenzfilterfrequency filter
1.1.31.1.3: Multiplizierermultipliers
1.1.41.1.4: Eingabe-/SpeichermittelInput / storage means
1.1.51.1.5: Vergleichsmittelcomparison means
1.1.61.1.6: Steuermittelcontrol means
1.1.71.1.7: Bestimmungsmitteldetermining means
1.1.81.1.8: Vergleichsmittelcomparison means
1.1.91.1.9: Rechenmittelcomputing means
1.1.101.1.10: Zählercounter
1.1.1101/01/11: Frequenzfilterfrequency filter
1.21.2: Dosiereinheitdosing
1.2.11.2.1: Elektromotorelectric motor
1.2.21.2.2: Getriebetransmission
1.2.31.2.3: Motorwellemotor shaft
1.2.41.2.4: Pumpenwellepump shaft
1.2.51.2.5: Pumpmittelpump means
1.2.6a, b, c1.2.6a, b, c: Sensormittelsensor means
1.2.71.2.7: SignalerzeugungsmittelSignal generation means
22: externer Impulsgeberexternal pulse
33: Fluidleitungfluid line
44: Dosierleitungdosing
HH: Hubtaktstroke cycle
II: Ist-SignalActual signal
SS: Soll-SignalTarget signal
QQ: Dosierstrommetered
V .V.: Fluidstromfluid flow
tt: ZeitTime
Δt.delta.t: Zeitintervalltime interval
f_i, f₁, f₂ f _i , f ₁ , f ₂: Motordrehzahl/DrehfrequenzEngine speed / rpm
f₀ f ₀: Resonanzfrequenzresonant frequency
Δf.delta.f: (halbe) Breite des Resonanzfrequenzbereichs(half) Width of the resonant frequency range

Claims

A method of operating a composite unit having an electronically controllable motor unit and a cooperating pump, wherein for performing a desired number of revolutions of the motor unit during a time interval of the pressure stroke (H) of the pump, the motor unit is phased at at least a first motor speed (f ₁ ) and at least a second engine speed (f ₂ ) of the pump's pressure stroke (H), wherein the first engine speed is above the resonant frequency range and the second engine speed is below the resonant frequency range of the engine unit.

A method of operating a composite unit having an electronically controllable motor unit and a cooperating pump, wherein for performing a desired number of revolutions of the motor unit during a time interval of the pressure stroke (H) of the pump, the motor unit is phased at at least a first motor speed (f ₁ ) and at least a second engine speed (f ₂ ) of the pressure stroke (H) of the pump is operated, wherein the first engine speed below the resonant frequency range and the second motor speed is above the resonance frequency range of the motor unit.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the engine unit first at first, then at the second and finally is operated again at the first engine speed.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the engine speed at the transition is continuously changed from the first to the second engine speed.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the first and second engine speeds are substantially predetermined and the value of an output characteristic of the pump by adjusting of time interval lengths for the Operation of the respective engine speed is set.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that time interval lengths for the Operation at the first and second engine speeds substantially are given and the value of an output characteristic of the pump by adjusting values for the first and second engine speeds are set.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized that the assembled unit is a metering pump with variable speed Engine is.

Method according to claim 7, characterized in that that an output characteristic of the pump a funded Volume flow of the metering pump is.

Method according to claim 7 or 8, characterized that the changes the engine speed during a pressure stroke of the metering pump.

Device having an electronically controllable motor unit, a pump cooperating therewith and an electronic control unit for the motor unit, characterized in that the device for carrying out a desired number of revolutions of the motor unit during a time interval of the pressure stroke (H) of the pump comprises: 1.1.7 ) for determining the desired number of engine revolutions, - comparison means ( 1.1.8 ) for comparing a motor speed (f _i ) associated with this number with a resonance frequency range ([f ₀ -Δf, f ₀ + Δf]) of the motor unit ( 1.2.1 ), - calculating means ( 1.1.9 ) for determining at least a first engine speed (f ₁ ) above the resonant frequency range and at least a second engine speed (f ₂ ) below the resonant frequency range ([f ₀ - Δf, f ₀ + Δf]) of the motor unit ( 1.2.1 ) for operation of the motor unit ( 1.2.1 ) at the determined first and second engine speeds (f ₁ , f ₂ ) during predetermined time intervals (Δt ₁ , Δt ₂ ) or for determining time intervals (Δt ₁ , Δt ₂ ) for operation of the engine unit ( 1.2.1 ) at a predetermined first engine speed (f ₁ ) above the resonant frequency range and second engine speed (f ₂ ) below the resonant frequency range ([f ₀ - Δf, f ₀ + Δf]) of the motor unit ( 1.2.1 ), and - control means ( 1.1.6 ) for interval driving of the motor unit ( 1.2.1 ) at the first engine speed (f ₁ ) during a predetermined or predetermined first time interval (Δt ₁ ) and the second engine speed (f ₂ ) during a predetermined or predetermined second time interval (Δt ₂ ) of the pump.

Device having an electronically controllable motor unit, a pump cooperating therewith and an electronic control unit for the motor unit, characterized in that the device for carrying out a desired number of revolutions of the motor unit during a time interval of the pressure stroke (H) of the pump comprises: 1.1.7 ) for determining the desired number of engine revolutions, - comparison means ( 1.1.8 ) for comparing an engine speed (f _i ) associated with this number with a resonance frequency range ([f ₀ - Δf, f ₀ + Δf]) of the engine unit ( 1.2.1 ), - calculating means ( 1.1.9 ) for determining at least one first engine speed (f ₁ ) below the resonant frequency range and at least one second engine speed (f ₂ ) above the resonant frequency range ([f ₀ - Δf, f ₀ + Δf]) of the motor unit ( 1.2.1 ) for operation of the motor unit ( 1.2.1 ) at the determined first and second engine speeds (f ₁ , f ₂ ) during predetermined time intervals (Δt ₁ , Δt ₂ ) or for determining time intervals (Δt ₁ , Δt ₂ ) for operation of the engine unit ( 1.2.1 ) at a predetermined first engine speed (f ₁ ) below the resonant frequency range and second engine speed (f ₂ ) above the resonant frequency range ([f ₀ - Δf, f ₀ + Δf]) of the motor unit ( 1.2.1 ), and - control means ( 1.1.6 ) for interval driving of the motor unit ( 1.2.1 ) at the first engine speed (f ₁ ) during a predetermined or predetermined first time interval (Δt ₁ ) and the second engine speed (f ₂ ) during a predetermined or predetermined second time interval (Δt ₂ ) of the pump.

Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the device is a metering pump ( 1 ) with a motor unit in the form of an electric motor ( 1.2.1 ) and with a mechanical unit in the form of a movement of the electric motor ( 1.2.1 ) oscillating pumping means ( 1.2.5 ).

Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that the motor unit ( 1.2.1 ) is designed as a stepper motor or EC motor.