DE602004007380T2 - METHOD FOR CONTROLLING A PUMP AGENT - Google Patents

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Abstract

With a method for controlling a diaphragm or piston pump that is actuated by a cam driven by an electric motor and via a ram or connecting rod, a solution is suggested for a simple system construction that enables quantities of metered media to be delivered at the most constantly rate possible. This is achieved in that in order to deliver an approximately constant volume flow of metered medium, the diaphragm or piston of the pump is moved at approximately constant speed during the compression stroke by the driving unit of the cam with consideration for the cam position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Membran- oder Kolbenpumpe die über einen Stößel oder eine Verbindungsstange durch einen Nocken betätigt wird, der durch einen Elektromotor angetrieben wird.The The invention relates to a method for controlling a membrane or Piston pump over a Pestle or a connecting rod is actuated by a cam, which by a Electric motor is driven.

Membran- und Kolbenpumpen finden zum Dosieren von Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Eigenschaften Verwendung. Je nach Anwendungsbereich sind an das Pumpverhalten unterschiedliche Anforderungen zu stellen, um sicherzustellen, daß die abgegebene Menge des dosierten Mediums so genau wie möglich ist und zeitlich so lange wie möglich konstant bleibt.Membrane- and piston pumps find dosing liquids with different Properties use. Depending on the scope of application are to Pumping behavior to make different demands to ensure that the delivered amount of the metered medium is as accurate as possible and for as long as possible remains constant.

Die Pumpen werden von einem Elektromotor über einen Nocken angetrieben derart, daß die Rotationsbewegung des Motors in eine Linearbewegung der Pumpenmembran oder des Pumpenkolbens umgesetzt wird. Bei einer Umdrehung des Nockens findet ein Verdichtungshub statt mit Abgabe des dosierten Mediums z.B. in eine Dosierleitung, sowie ein Ansaughub, in dessen Verlauf das dosierte Medium aus einem Reservoir o.dgl. angesaugt wird. Im Stand der Technik zum Antrieb solcher Mechanismen eingesetzte Elektromotoren umfassen einen weiten Bereich von Typen, insbesondere mechanisch kommutierte Motoren, Synchronmotoren, Asynchronmotoren und Schrittmotoren. Die meisten dieser Antriebseinheiten haben eine Anzahl von Nachteilen bezüglich des jeweiligen Anwendungszwecks. Eine Membran- oder Kolbenpumpe, die durch einen Asynchronmotor angetrieben wird, ist offenbart in der US-A-6,121,739 .The pumps are driven by an electric motor via a cam such that the rotational movement of the motor is converted into a linear movement of the pump diaphragm or the pump piston. In one revolution of the cam, a compression stroke takes place with delivery of the metered medium, for example, in a metering line, and a suction stroke, in the course of which the metered medium from a reservoir or the like. is sucked. Electric motors used in the prior art to drive such mechanisms include a wide range of types, particularly mechanically commutated motors, synchronous motors, asynchronous motors, and stepper motors. Most of these drive units have a number of disadvantages with respect to the particular application. A diaphragm or piston pump driven by an asynchronous motor is disclosed in U.S. Patent No. 5,314,841 US-A-6,121,739 ,

Mechanisch kommutierte Motoren unterliegen einem hohen mechanischen Verschleiß und sind deshalb für Pumpen mit einer langen Lebensdauer ungeeignet.Mechanically Commutated motors are subject to high mechanical wear and are therefore for pumps unsuitable for a long life.

Der Drehmomentverlauf von Synchronmotoren ist ungünstig, weil er bei zu starker Belastung zum Abriß des Kraftschlusses führt. Auch das Anlaufverhalten ist für den vorliegenden Zweck ungünstig. Asynchronmotoren haben eine von der Belastung abhängige Drehzahlkurve, was für eine präzise Abmessung von Mengen ungünstig ist. Die Drehzahl von sowohl Synchronmotoren als auch Asynchronmotoren ist von der Frequenz der Versorgungsspannung abhängig, so daß elektronische Frequenzumrichter benötigt werden, um die Drehzahl zu steuern.Of the Torque characteristic of synchronous motors is unfavorable, because it is too strong Stress to the demolition of Traction leads. The startup behavior is also for unfavorable to the present purpose. asynchronous motors have a load-dependent one Speed curve, what for a precise one Dimension of quantities unfavorable is. The speed of both synchronous and asynchronous motors is dependent on the frequency of the supply voltage, so that electronic frequency converter needed be used to control the speed.

Besondere Schwierigkeiten ergeben sich, wenn die Pumpe mit weniger als ihrer maximalen Dosierleistung betrieben werden soll, was bei vielen Anwendungen zur genauen Dosierung unerläßlich ist. Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren umgesetzt worden, um diese Probleme zu bekämpfen. Dadurch kann die geförderte Menge des dosierten Mediums reduziert werden, indem die Auslenkung der Pumpenmembran oder des Kolbens begrenzt wird. In diesem Fall läuft der Nocken für einen Teil seines Umlaufs frei und bewegt die Membran oder den Kolben nur in einem mehr oder weniger ausgedehnten Bereich um den vorderen Totpunkt. Der besondere Nachteil dieser Verfahrensweise besteht darin, daß der Kolben oder die Membran je nach Förderleistung für kurze Zeiträume sehr stark beschleunigt wird, was zu erheblichen Druckschwankungen in den Dosierleitungen führt und das Dosierverhalten negativ beeinflußt. In derselben Weise wird das Ansaugverhalten während des Ansaughubes beeinträchtigt, so daß das Ansaugverhalten der Pumpe sich verschlechtert falls sich Lufteinschlüsse in der Ansaugleitung befinden oder lediglich kleine Pumpenköpfe vorhanden sind.Special Difficulties arise when the pump with less than theirs maximum dosing is to be operated, which in many applications for exact dosage is essential. in the In the state of the art, various methods have been implemented, to fight these problems. This allows the promoted Amount of dosed medium can be reduced by the deflection the pump diaphragm or the piston is limited. In this case is it going? Cams for free a portion of its circulation and move the diaphragm or piston only in a more or less extensive area around the front Dead center. The particular disadvantage of this procedure exists in that the Piston or membrane depending on the delivery rate for short periods is greatly accelerated, causing significant pressure fluctuations in the dosing lines leads and the dosing behavior adversely affected. In the same way that will Intake behavior during affected by the intake stroke, so that Intake behavior of the pump deteriorates if there are air pockets in the suction line or only small pumpheads are present.

Eine weitere Variante zur Reduzierung des Fördervolumens ist die Puls-Pausen-Steuerung. Bei dieser wird ein Dosierzyklus komplett durchlaufen und dann von einer Dosierpause gefolgt, die abhängig ist von der gewünschten Fördermenge, und im übrigen so berechnet wird, daß die gewünschte Fördermenge im zeitlichen Mittel erreicht wird. Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß die Pausen bei geringen Fördermengen sehr lang sind, so daß sich in der Rohrleitung bzw. im Tank eine unakzeptable Vermischung des dosierten Mediums ergibt. Außerdem ergibt sich ein sehr ungleichmäßiges Förderverhalten.A Another variant for reducing the delivery volume is the pulse-pause control. At this a dosing cycle is completed and then a dosing break followed, the dependent is of the desired flow, and otherwise is calculated so that the desired output achieved in the time average. The disadvantage of this arrangement is that the Breaks at low flow rates are very long, so that in the pipeline or in the tank an unacceptable mixing of the metered Medium results. Furthermore results in a very uneven conveying behavior.

Eine weitere Option zur Reduzierung der Fördermenge besteht in der Steuerung der Drehzahl des Antriebsmotors. In diesem Fall läßt sich die Fördermenge einstellen durch Beeinflussung der Geschwindigkeit des Kolbens oder der Membran. Eine entsprechende Verlangsamung der Antriebseinheit und dementsprechend der Membran führt zu einer Reduzierung der Menge des dosierten Mediums pro Zeiteinheit. Das Problem dieses Ansatzes besteht darin, daß unter bestimmten Umständen eine gewünschte Verlängerung des Verdichtungshubs eine entsprechende Verlängerung des Ansaughubs zur Folge hat. Das Ansaug- und Förderverhalten wird dadurch negativ beeinflußt, insbesondere bei hochviskosen Medien.A another option for reducing the flow rate is the control the speed of the drive motor. In this case can be the flow rate adjust by influencing the speed of the piston or the membrane. A corresponding slowdown of the drive unit and accordingly the membrane leads to a reduction in the amount of dosed medium per unit time. The problem with this approach is that under certain circumstances a desired renewal the compression stroke a corresponding extension of the intake stroke result Has. The intake and delivery behavior is adversely affected by this, especially for high-viscosity media.

Um das zuvor erläuterte Problem zu vermeiden beschreibt die DE 198 23 156 A1 der Anmelderin ein Verfahren zum Betreiben einer Dosierpumpe mit einem Asynchronmotor. In diesem Fall wird die Drehzahl des Asynchronmotors während des Verdichtungshubs reduziert entsprechend der gewünschten Dosierleistung. Während des Ansaughubes hingegen wird die Drehzahl erhöht, um den kürzestmöglichen Ansaughub zu erreichen und dadurch auch die Pausen zwischen den Verdichtungshüben zu verkürzen. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, daß die Verwendung eines Asynchronmotors eine ziemlich komplexe Systemgestaltung erfordert, die einen Frequenzumrichter zur Steuerung der Drehzahl des Asynchronmotors benötigt, sowie eine Sensorik, um die Drehzahl des Motors zu überwachen und zu steuern bzw. zu regeln, um Abweichungen auszugleichen, die durch die lastabhängige Drehzahlkurve bedingt sind.To avoid the problem explained above describes the DE 198 23 156 A1 the Applicant a method for operating a metering pump with an induction motor. In this case, the speed of the asynchronous motor is reduced during the compression stroke according to the desired metering performance. During the intake stroke, on the other hand, the speed is increased to achieve the shortest possible intake stroke, thereby shortening the pauses between the compression strokes. The disadvantage of this method is that the use of an asynchronous motor requires a rather complex system design that requires a frequency converter to control the speed of the asynchronous motor, as well as sensors to monitor and control the speed of the motor to compensate for deviations dictated by the load-dependent speed curve are.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Steuerung einer Membran- oder Kolbenpumpe, die über einen Stößel oder eine Verbindungsstange durch einen Nocken betätigt wird, der durch einen Elektromotor angetrieben wird, anzugeben, das eine möglichst genaue und konstante Abgabe von dosiertem Medium ermöglicht, bei gleichzeitig einfacher Konstruktion.The The object of the present invention is thus a method for controlling a diaphragm or piston pump, which has a Pestle or a connecting rod is actuated by a cam, which by a Electric motor is driven to indicate the one possible accurate and constant delivery of metered medium allows at the same time simple construction.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Membran oder der Kolben der Pumpe durch die Antriebseinheit des Nockens mit ungefähr konstanter Geschwindigkeit während des gesamten Verdichtungshubes bewegt wird, wobei die Position des Nockens berücksichtigt wird, um einen ungefähr konstanten Volumenfluß des dosierten Mediums zu gewährleisten.The previously indicated object is achieved with a method of the beginning solved kind, at the diaphragm or piston of the pump through the drive unit of the cam with approximately constant Speed during the entire compression stroke is moved, the position of the Cam considered is going to be about a constant Volume flow of to ensure the metered medium.

Der Membran- oder Pumpenmechanismus, der von einem mit konstanter Geschwindigkeit rotierenden kreisförmigen Nocken angetrieben wird, hat ein sinusförmiges Geschwindigkeitsprofil. Vom hinteren Totpunkt ausgehend wird die Membran beschleunigt, erreicht nach einer Vierteldrehung die höchste Geschwindigkeit im Verdichtungshub und wird dann bis zum vorderen Totpunkt des Nockens wieder langsamer, von welchem Punkt aus sie dann in den Ansaughub übergeht, der ebenfalls eine Phase aufweist, in der die Geschwindigkeit der Membran sich bis zu ihrem Maximum bei halbem Ansaughub beschleunigt und anschließend abgebremst wird, bis der Nocken den hinteren Totpunkt erreicht.Of the Diaphragm or pump mechanism, one of constant speed rotating circular Cam is driven, has a sinusoidal velocity profile. Starting from the rear dead center, the membrane is accelerated, reached after a quarter turn the highest speed in the compression stroke and then to the front dead center of the cam slower again, from which point it then goes into the intake stroke, which also has a phase in which the speed of the Membrane accelerates to its maximum at half intake stroke and subsequently is decelerated until the cam reaches the rear dead center.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Geschwindigkeit des Nockens während des Verdichtungshubs so gesteuert, daß das Geschwindigkeitsprofil so linear und konstant wie möglich ist, anstatt des nichtlinearen, sinusförmigen Profils, das ohne solche Steuerung entsteht. Dazu muß der Nocken beim Beginn des Verdichtungshubes stark beschleunigt werden und muß bis zur Mitte des Verdichtungshubes auf einen Minimalwert abgebremst werden, von wo aus er erneut beschleunigt wird, um in der Nähe des vorderen Totpunktes wieder eine maximale Geschwindigkeit zu erreichen. Diese Form der Steuerung der Geschwindigkeit des Nockens hat ein Geschwindigkeitsprofil der Membran oder des Kolbens zur Folge, das sehr linear ist und im wesentlichen auf konstantem Niveau liegt.at the method according to the invention becomes the speed of the cam during the compression stroke so controlled that the Velocity profile is as linear and constant as possible, instead of the nonlinear, sinusoidal profile, without such Control arises. This must be the Cams are strongly accelerated at the beginning of the compression stroke and have to go up braked to a minimum value to the middle of the compression stroke from where it accelerates again to near the front Dead center again to reach a maximum speed. These The form of control of the speed of the cam has a velocity profile The result of the diaphragm or the piston, which is very linear and is essentially at a constant level.

Diese annähernd konstante Geschwindigkeit der Membran während des Verdichtungshubs hat zur Folge, daß das dosierte Medium mit gleichförmiger Rate abgegeben wird, was zu einem sehr vorteilhaften und präzisen Dosierverhalten führt, auch bei sehr viskosen Medien. Auch bei sehr geringen Dosierleistungen läßt sich so ein gutes Förderergebnis erreichen.These nearly constant velocity of the membrane during the compression stroke has the consequence that the dosed medium at a uniform rate is released, resulting in a very advantageous and precise dosing leads, even with very viscous media. Even with very low dosing let yourself such a good promotion result to reach.

Verfeinerungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Dementsprechend ist eine Verbesserung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit den Nocken während des Verdichtungshubes mit einem Drehzahlprofil antreibt, das eine zeitliche Cosinusbewegung des Kolbens oder der Membran, die durch den Nocken bedingt wird, kompensiert.refinements The invention are described in the subclaims. Accordingly an improvement of the invention is characterized in that the drive unit the cam during the compression stroke drives with a speed profile, the one temporal cosine motion of the piston or the membrane passing through the cam is conditional compensated.

Darüber hinaus kann man vorsehen, daß das Geschwindigkeitsprofil des Antriebes im Verdichtungshub während des gesamten Zeitraums konstanter Membrangeschwindigkeit ungefähr die Form aufweist: ω(t) = 2/TD × (1 – (–2/TD × t + 1)2)–1/2 In addition, it can be provided that the velocity profile of the drive in the compression stroke during the entire period of constant membrane velocity has approximately the form: ω (t) = 2 / T D × (1 - (-2 / T D × t + 1) 2 ) -1/2

Die zuvor genannte physikalische korrekte Formel für die Kompensation der cosinusförmigen Bewegung des Kolbens oder der Membran ergibt sich aus einer Transformation der linearen Bewegung über eine Arccosinusfunktion und anschließende Differenzierung. Für Antriebe mit zusätzlicher Querbewegung (Verbindungsstangen) läßt sich eine ähnliche Formel ableiten.The previously mentioned physical correct formula for the compensation of cosinusoidal motion of the piston or the membrane results from a transformation the linear movement over an arccosinus function and subsequent differentiation. For drives with additional lateral movement (Connecting rods) can be a similar Derive formula.

Für die praktische Cosinuskompensation kann die zuvor genannte Formel durch eine vereinfachte oder ähnliche Formel angenähert werden abhängig von dem noch akzeptablen Ausmaß an Nichtlinearität des dosierten Mediums.For the practical Cosinus compensation can simplify the previously mentioned formula or similar Formula approximated become dependent of the still acceptable extent nonlinearity of the metered medium.

Die dargestellte Winkelgeschwindigkeit des Nockens resultiert in einer konstanten Geschwindigkeit der Membran außer am Beginn und am Ende des Verdichtungshubs. TD repräsentiert die Länge des Verdichtungshubs, wobei die maximale Auslenkung der Membran auf 1 normiert worden ist.The illustrated angular velocity of the cam results in a constant velocity of the diaphragm except at the beginning and end of the compression stroke. T D represents the length of the compression stroke, wherein the maximum deflection of the membrane has been normalized to 1.

Es ist auch möglich, daß der Antrieb den Nocken während des Ansaughubes mit einem unterschiedlichen Geschwindigkeitsprofil bewegt, insbesondere mit konstanter und/oder höherer Geschwindigkeit.It is possible, too, that the Drive the cam while the intake stroke with a different velocity profile moves, in particular at a constant and / or higher speed.

Es ist erstrebenswert, den Ansaughub möglichst kurz zu halten. In diesem Fall ist es je nach dosiertem Medium nicht unbedingt erforderlich, eine konstante Druckverteilung während des Ansaughubes zu erreichen. Demzufolge kann am Ende des Verdichtungshubes, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Nockens am größten ist, mit dieser Geschwindigkeit weiter gefordert werden, so daß sich ein kurzer Ansaughub mit sinusförmiger Membrangeschwindigkeit ergibt. Der folgende Verdichtungshub kann mit dieser erhöhten Geschwindigkeit begonnen werden, was letztlich zu einem guten Systemverhalten führt und die mechanischen Bauteile der Pumpe weniger belastet.It is desirable to keep the intake stroke as short as possible. In this case, it is not absolutely necessary, depending on the metered medium, to achieve a constant pressure distribution during the intake stroke. Consequently, at the end of the compression stroke, when the rotational speed The speed of the cam is greatest, continue to be required at this speed, so that there is a short intake stroke with sinusoidal membrane velocity. The following compression stroke can be started with this increased speed, which ultimately leads to a good system behavior and less stress on the mechanical components of the pump.

Auf der anderen Seite kann auch während des Ansaughubes das Halten der Druckverteilung so konstant wie möglich erstrebenswert sein, insbesondere bei viskoseren dosierten Medien, so daß das Rotationsgeschwindigkeitsprofil ähnlich zu dem während des Verdichtungshubes gewählt ist anstatt konstant zu sein, wo bei es nötig sein kann, eine höhere Membrangeschwindigkeit und demzufolge einen verkürzten Abschnitt für den Ansaughub einzustellen.On the other side can also be during the Suction stroke keeping the pressure distribution as constant as possible desirable be, especially with more viscous metered media, so that the rotation speed profile similar to during that chosen the compression stroke instead of being constant, where it may be necessary, a higher membrane velocity and consequently a shortened one Section for to adjust the intake stroke.

Vorteilhaft ist es, wenn der abgegebene Volumenfluß des dosierten Mediums kurz vor dem Ende des Verdichtungshubes erhöht wird, um das Dosierungsloch während des Ansaughubes zu kompensieren.Advantageous it is when the delivered volume flow of the metered medium is short is increased to the metering hole before the end of the compression stroke while to compensate for the intake stroke.

Des weiteren ist es zweckmäßig, einen EC-Motor mit integralen Rotorpositionssensoren als Antriebseinheit zu verwenden.Of further it is expedient, an EC motor to use with integral rotor position sensors as a drive unit.

EC-Motoren (elektronisch kommutierte Motoren) bieten eine Reihe von Vorteilen. Aufgrund der bürstenlosen elektronischen Kommutierung sind sie sehr langlebig und verschleißarm, was bei Dosierpumpen mit Lebensdauern von über 10.000 Stunden wichtig ist. Außerdem sind sie meist mit integrierten Sensoren für die Rotorstellung ausgerüstet, deren Signale auch zur Regelung der Nockenposition entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren genutzt werden können, so daß sich insgesamt die Kosten reduzieren.EC motors (electronically commutated motors) offer a number of advantages. Because of the brushless electronic commutation, they are very durable and wear-resistant, which important for dosing pumps with lifetimes of over 10,000 hours is. Furthermore They are usually equipped with integrated sensors for the rotor position, whose Signals also to control the cam position according to the proposed Method can be used so that reduce the total cost.

Eine Verbesserung des Verfahrens ergibt sich daraus, daß zum Steuern der Nockengeschwindigkeit die Nockenposition durch einen Sensor erfaßt wird und/oder anhand von Positionssensorsignalen errechnet wird, die in der Antriebseinheit vorhanden sind.A Improvement of the method results from the fact that to control the cam speed, the cam position by a sensor is detected and / or calculated using position sensor signals that are present in the drive unit.

Neben der Steuerung der Position des Nockens und damit der Auslenkung der Membran kann es beim vorgeschlagenen Verfahren unter bestimmten Bedingungen hilfreich sein, eine Positionssteuerung vorzusehen, um das Dosierverhalten der Pumpe zu verbessern, insbesondere da die notwendige Rotationsgeschwindigkeit des Nockens durch seine jeweilige Position bestimmt ist. Auf diese Weise läßt sich durch Messung und Überwachung der Nockenposition die bestmöglich konstante Geschwindigkeit der Membran erreichen wie es angestrebt ist. In einem solchen Fall kann die Position des Nockens entweder unmittelbar gemessen werden oder Positionssignale können verwendet werden, die durch Sensoren in der Antriebseinheit bereitgestellt werden, oder auch um die Linearbewegung des Stößels oder der Verbindungsstange zu erfassen.Next the control of the position of the cam and thus the deflection The membrane may in the proposed method under certain Conditions be helpful to provide a positional control, to improve the metering behavior of the pump, especially there the necessary rotational speed of the cam through its respective Position is determined. This way can be measured and monitored the cam position the best possible achieve constant velocity of the membrane as desired is. In such a case, the position of the cam can either can be measured directly or position signals can be used provided by sensors in the drive unit be, or even to the linear movement of the plunger or the connecting rod capture.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung detaillierter erläutert. In der Zeichnung ist:following the invention will be more detailed with reference to the drawing explained. In the drawing is:

1 eine schematische Darstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Membranpumpe, 1 a schematic representation of a membrane pump operated by the method according to the invention,

2 ein Diagramm der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichten Auslenkung der Membran oder des Kolbens, wobei auch der Volumenfluß des dosierten Mediums dargestellt ist, und 2 a diagram of the achieved with the inventive method deflection of the membrane or the piston, wherein the volume flow of the metered medium is shown, and

3 ein Diagramm des Drehwinkels und der Änderung des Drehwinkels des Nockens. 3 a diagram of the angle of rotation and the change in the angle of rotation of the cam.

Mit einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Membranpumpe 1 wird ein zu dosierendes Medium von einem Vorratsbehälter – der nicht näher dargestellt ist – gefördert, der über eine Schlauchverbindung mit einer Ansaugöffnung 2 der Membranpumpe 1 verbunden ist, und zwar über eine Abgabeöffnung 3 an einen hieran angeschlossenen – ebenfalls nicht näher dargestellten – Dosierschlauch. Der Pumpvorgang wird durch eine Membran 4 bewirkt, die durch einen Stößel 5 linear verlagert wird.With a membrane pump operating according to the method of the invention 1 is a medium to be metered from a reservoir - which is not shown in detail - promoted, via a hose connection to a suction port 2 the diaphragm pump 1 is connected, via a discharge opening 3 to a connected thereto - also not shown - Dosierschlauch. The pumping process is through a membrane 4 caused by a pestle 5 is shifted linearly.

Der Stößel 5 wird von einem kreisförmigen Nocken 6 bewegt, so daß die Rotationsbewegung einer Antriebswelle 7, die mit dem Nocken 6 kraftschlüssig verbunden ist, über den Stößel 5 in eine vor- und zurückgehende Bewegung der Membran 4 umgesetzt wird.The pestle 5 is from a circular cam 6 moves, so that the rotational movement of a drive shaft 7 that with the cam 6 positively connected, via the plunger 5 in a forward and backward movement of the membrane 4 is implemented.

Die Welle 7 wird durch einen elektronisch kommutierten Motor 9 über ein Getriebe 8 angetrieben. Eine Motorsteuerung 10 ist mittels Motoranschlüssen 10a mit dem Motor 9 verbunden und beinhaltet die zum Betrieb notwendige Leistungselektronik sowie eine Lageregelungsschaltung. Der Motor 9 ist mit Rotorpositionssensoren 11 ausgerüstet, die die aktuelle Position des Rotors an die Motorsteuerung 10 über Steuerverbindungen 11a übermitteln, wobei auf Basis dieser Information die Steuerung den Stromfluß zum Motor 9 steuert. Damit werden abhängig von der durch die Sensoren 11 rückgemeldeten Rotorposition, die entsprechenden Phasen des Motors 9 derart bestromt, daß im Motor ein Drehfeld erzeugt wird, das den Rotor kontinuierlich in Drehung versetzt. Durch dieses elektronisch erzeugte Drehfeld ist es nicht mehr notwendig, die Kommutierung der Phasen des Motors durch mechanische Mittel zu realisieren. Diese Art der Steuerung erlaubt es, den Motor 9 ohne Abhängigkeit von der Last und ohne Drehmomentschwingungen mit der gewünschten Drehzahl zu betreiben.The wave 7 is powered by an electronically commutated motor 9 via a gearbox 8th driven. A motor control 10 is by means of motor connections 10a with the engine 9 connected and includes the power electronics necessary for operation as well as a position control circuit. The motor 9 is with rotor position sensors 11 equipped with the current position of the rotor to the engine control 10 via control connections 11a transmit, based on this information, the control of the flow of current to the motor 9 controls. This will depend on the through the sensors 11 Feedback rotor position, the corresponding phases of the engine 9 energized so that a rotating field is generated in the motor, which continuously sets the rotor in rotation. By this electronically generated rotating field, it is no longer necessary to realize the commutation of the phases of the motor by mechanical means. This type of control allows the engine 9 without dependence on the load and without To operate torque oscillations at the desired speed.

Die Motorsteuerung wird mit Energie seitens eines Netzteils 12 über Energieleitungen 12a versorgt. Das Netzteil 12 ist mit einem üblichen Versorgungsnetz 13 über Versorgungsleitungen 13a verbunden.The motor control gets energized by a power supply 12 via power lines 12a provided. The power supply 12 is with a standard utility network 13 via supply lines 13a connected.

Die Position des Nockens 6 wird durch einen Positionssensor 14 erfaßt, dessen Positionssignal über Signalleitungen 14a an eine Lagesteuerung 15 übermittelt wird.The position of the cam 6 is through a position sensor 14 detected, its position signal via signal lines 14a to a position control 15 is transmitted.

Die Lagesteuerung 15 wird ebenfalls über Energieleitungen 12b von dem Netzteil 12 mit Energie versorgt. Der Lagesteuerung 15 werden über einen Datenschaltkreis 16 Steuersignale zugeleitet mit der geforderten Menge des dosierten Mediums. Die Lagesteuerung 15 berechnet die aktuell benötigte Drehzahl des Motors 9 unter Nutzung der Position des Nockens 6, gemessen durch den Sensor 14, und der zu messenden Menge des dosierten Mediums, übermittelt über den Schaltkreis 16, und übermittelt dies über die Steuerleitung 15a an die Motorsteuerung 10. Abhängig von der Position des Rotors im Motor 9, gemessen durch die Rotorpositionssensoren 11, justiert die Motorsteuerung 10 das Drehfeld über die Motoranschlüsse 10a, so daß der Motor 9 die notwendige Drehzahl erreicht. Somit wird der Nocken 6 über das Getriebe 8 und die Welle 7 entsprechend der eingestellten Menge des dosierten Mediums bewegt. So entsteht ein geschlossener Steuerkreis (Regelkreis) mit dem sich die Geschwindigkeit der Membran ebenso wie die Auslenkung, die durch den Nocken 6 über den Stößel 5 erzeugt wird, genau regeln läßt.The position control 15 is also via power lines 12b from the power supply 12 energized. The position control 15 be via a data circuit 16 Control signals supplied with the required amount of the metered medium. The position control 15 calculates the currently required speed of the motor 9 using the position of the cam 6 measured by the sensor 14 , And the amount of dosed medium to be measured, transmitted through the circuit 16 , and transmits this via the control line 15a to the engine control 10 , Depending on the position of the rotor in the motor 9 measured by the rotor position sensors 11 , adjusts the engine control 10 the rotating field via the motor connections 10a so that the engine 9 reached the necessary speed. Thus, the cam is 6 over the transmission 8th and the wave 7 moved according to the set amount of the metered medium. This creates a closed control circuit (loop) with which the speed of the diaphragm as well as the deflection caused by the cam 6 over the pestle 5 is produced, exactly regulated.

Das Profil der Auslenkung der Membran, das durch die Lagesteuerung 15 in Verbindung mit der Motorsteuerung 10 über den Antrieb, das Getriebe und den Nocken erzeugt wird, und der daraus resultierende Volumenfluß des dosierten Mediums sind in 2 genauer dargestellt.The profile of the deflection of the membrane by the position control 15 in conjunction with the engine control 10 is generated via the drive, the gear and the cam, and the resulting volume flow of the metered medium are in 2 shown in more detail.

Die Kurve 17 stellt den Verlauf der Auslenkung der Membran im Laufe eines Dosierzyklus dar. Die Dauer eines kompletten Dosierzyklus ist dabei auf die Länge 2 normiert. Die Auslenkung der Membran kann daher in diesem Zusammenhang von –1 beim hinteren Totpunkt des Nockens 6 über die Neutralstellung bei einer halben Umdrehung und einer dreiviertel Umdrehung des Nockens 6 bis zu +1 für den vorderen Totpunkt des Nockens variieren.The curve 17 represents the course of the deflection of the membrane in the course of a dosing cycle. The duration of a complete dosing cycle is thereby on the length 2 normalized. The deflection of the diaphragm can therefore in this context of -1 at the rear dead center of the cam 6 about the neutral position with half a turn and a three quarter turn of the cam 6 vary up to +1 for the front dead center of the cam.

Die Auslenkung der Membran in einem Dosierzyklus der nach der Erfindung geregelt wird, beginnt im hinteren Totpunkt 18. Der Nocken 6 beginnt mit seiner maximalen Drehgeschwindigkeit, bei der die Membran den Beginn einer cosinusförmigen Bewegung folgt wie durch die Teilkurve 19 dargestellt ist. Diese entspricht der Darstellung der Auslenkung der Membran, wenn der Nocken 6 mit seiner maximalen Geschwindigkeit konstant rotieren würde. Unmittelbar nach dieser kurzen Anlaufphase jedoch wird die Drehgeschwindigkeit des Nockens 6 reduziert, und zwar gerade so, daß die Auslenkung 17 der Membran einen ungefähr linearen Verlauf hat, was bedeutet, daß die Membran mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. Der Nocken 6 erreicht seine minimale Drehgeschwindigkeit nach der Hälfte des Verdichtungshubes ungefähr bei einer Zeit von 0,75. Danach wird er wieder beschleunigt bis zum Erreichen des vorderen Totpunkts 20. An diesem Punkt rotiert der Nocken 6 wieder mit seiner maximalen Geschwindigkeit, womit sich der Verlauf der Membranauslenkung der Kurve 21 annähert, die entstünde, wenn der Nocken 6 konstant mit maximaler Drehgeschwindigkeit angetrieben würde.The deflection of the membrane in a dosing cycle which is regulated according to the invention begins at the rear dead center 18 , The cam 6 starts at its maximum rotational speed, where the diaphragm follows the beginning of a cosinusoidal motion as through the sub-curve 19 is shown. This corresponds to the representation of the deflection of the diaphragm when the cam 6 would constantly rotate at its maximum speed. Immediately after this short start-up phase, however, the rotational speed of the cam 6 reduced, and just so that the deflection 17 the membrane has an approximately linear course, which means that the membrane is moved at a constant speed. The cam 6 reaches its minimum rotational speed after half of the compression stroke approximately at a time of 0.75. Then it is accelerated again until reaching the front dead center 20 , At this point, the cam rotates 6 again at its maximum speed, bringing the course of the diaphragm deflection of the curve 21 approaches, which would arise when the cam 6 constantly driven at maximum rotational speed.

Nach Überschreiten des vorderen Totpunktes 20 beginnt der Ansaughub, in dessen Verlauf die Membran 4 zurückgezogen wird und neues Medium aus der Ansaugleitung 2 in die Pumpenkammer einsaugt. Um den Ansaughub so kurz wie möglich zu halten, wird dies mit der höchsten Drehgeschwindigkeit des Nockens durchgeführt, so daß der Verlauf der Membranauslenkung mit der zweiten Hälfte der Cosinusschwingung 21 bis zum Erreichen des hinteren Totpunktes 18 bei der maximalen negativen Auslenkung der Membran bei –1 übereinstimmt. In diesem Totpunkt wird die Membran entweder angehalten oder es wird ein weiterer Dosierzyklus mit dem Verdichtungshub analog zu der voranstehenden Beschreibung begonnen.After exceeding the front dead center 20 begins the intake stroke, in the course of which the membrane 4 is withdrawn and new medium from the intake pipe 2 sucked into the pump chamber. To keep the suction stroke as short as possible, this is done with the highest rotational speed of the cam, so that the course of the diaphragm deflection with the second half of the cosine oscillation 21 until reaching the rear dead center 18 at the maximum negative deflection of the membrane at -1 matches. In this dead center, the membrane is either stopped or it is another metering cycle started with the compression stroke analogous to the above description.

Der Verlauf des Volumenflusses von dosiertem Medium wird durch die Kurve 22 dargestellt. Bei Beginn des Verdichtungshubes steigt der Volumenfluß in der Einschwingphase 23 schnell bis auf seinen Sollwert an. In der Periode mit konstanter Geschwindigkeit der Membran wird ein konstanter Volumenfluß vom Anschluß 3 in die Dosierleitung 2 abgegeben. Am Ende des Verdichtungshubs 24 fällt der Volumenfluß am Anschluß 3 relativ schnell auf Null ab und es beginnt der Ansaughub. Der Volumenfluß des angesaugten Mediums am Anschluß 2 beschreibt hier einen sinusförmigen Verlauf, und zwar in Folge des cosinusförmgen Verlaufes der Membranauslenkung.The course of the volume flow of metered medium is through the curve 22 shown. At the beginning of the compression stroke, the volume flow increases in the transient phase 23 quickly up to its setpoint. In the period of constant velocity of the diaphragm, a constant volume flow from the port 3 into the dosing line 2 issued. At the end of the compression stroke 24 the volume flow drops at the connection 3 Relatively quickly zero and it starts the intake stroke. The volume flow of the sucked medium at the connection 2 here describes a sinusoidal course, in consequence of the cosinusoidal course of the membrane deflection.

Die Länge des Verdichtungshubs relativ zum Ansaughub ist für das Dosierverhalten der Pumpe wichtig. Generell ist es wünschenswert, den Ansaughub so kurz wie möglich zu halten und den Verdichtungshub so lang wie möglich zu machen. Die Größe des Volumenflusses und damit die geförderte Menge des dosierten Mediums pro Zeiteinheit hängt von der Drehgeschwindigkeit des Nockens 6 ab.The length of the compression stroke relative to the intake stroke is important for the dosing behavior of the pump. In general, it is desirable to keep the intake stroke as short as possible and to make the compression stroke as long as possible. The size of the volume flow and thus the conveyed amount of the metered medium per unit time depends on the rotational speed of the cam 6 from.

Den Verlauf der Nockenrotation während eines erfindungsgemäß geregelten Verdichtungshubs zeigt 3 genauer. In dem dortigen Diagramm ist die Länge eines Verdichtungshubs auf 1 normiert, wobei der Verlauf der Drehgeschwindigkeit als Drehzahl in Kurve 25 und der Verlauf des Nockenwinkels in Kurve 26 dargestellt ist.The course of the cam rotation during ei Nes according to the invention controlled compression stroke shows 3 more accurate. In the local diagram, the length of a compression stroke is normalized to 1, wherein the course of the rotational speed as a speed in curve 25 and the course of the cam angle in curve 26 is shown.

Bei Beginn des Verdichtungshubes beginnt der Nocken mit maximaler Geschwindigkeit und wird dann abgebremst, bis er bei der Hälfte des Verdichtungshubs seine minimale Drehgeschwindigkeit erreicht, um dann in der zweiten Hälfte des Verdichtungshubs wieder schneller zu werden, bis er am Ende des Verdichtungshubs wieder die maximale Drehgeschwindigkeit erreicht. Das ergibt sich aus dem Verlauf des Drehwinkels in Kurve 26.At the beginning of the compression stroke, the cam starts at maximum speed and is then decelerated until it reaches its minimum rotational speed at half of the compression stroke and then accelerates again in the second half of the compression stroke until it returns to maximum rotational speed at the end of the compression stroke reached. This results from the course of the rotation angle in curve 26 ,

Die Erfindung ist nicht auf das voranstehende Beispiel beschränkt. Sie kann in vielfältiger Weise abgewandet werden, ohne die Grenzen des Grundkonzepts zu verlassen. So läßt sich beispielsweise eine Regelung ähnlich der für den Verdichtungshub auch für den Ansaughub realisieren, so daß hier ebenfalls eine konstante Fördermenge des dosierten Mediums erreicht wird. Dies kann insbesondere bei sehr viskosen Medien vorteilhaft sein. Eine weitere Abwandlung besteht darin, die Drehgeschwindigkeit des Nockens kurzfristig zu erhöhen und so die geförderte Dosiermenge pro Zeiteinheit zu erhöhen, und zwar gerade vor dem Ende des Verdichtungshubs, um die Dosierlücke während des Ansaughubs auszufüllen. Weiterhin kann es sinnvoll sein, auf den Sensor zur Messung der Nockenstellung zu verzichten und anstatt dessen die Position des Nockens aus der gemessenen Rotorstellung zu errechnen. Dann muß nur die Nullstellung des Nockens erfaßt werden.The Invention is not limited to the above example. she can be more diverse Be turned away, without leaving the boundaries of the basic concept. That's how it works for example, a scheme similar the for the compression stroke also for realize the intake stroke, so that here also a constant output the metered medium is reached. This can be especially true at very be beneficial to viscous media. Another variation exists in it, the rotational speed of the cam in the short term increase and so the promoted To increase dosage per unit time, just before End of the compression stroke to fill the metering gap during the intake stroke. Farther It may be useful on the sensor to measure the cam position to dispense and instead the position of the cam from the measured Rotor position to calculate. Then only the zero position of the Cam detected become.

Claims (7)

Verfahren zum Steuern einer Membran- oder Kolbenpumpe, die über einen Stößel oder eine Verbindungsstange durch einen Nocken betätigt wird, der durch einen Elektromotor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran oder der Kolben der Pumpe durch die Antriebseinheit des Nockens mit ungefähr konstanter Geschwindigkeit während des gesamten Verdichtungshubes bewegt wird, wobei die Position des Nockens berücksichtigt wird, um einen ungefähr konstanten Volumenfluß des dosierten Mediums zu gewährleisten.A method of controlling a diaphragm or piston pump actuated via a plunger or a connecting rod by a cam driven by an electric motor, characterized in that the diaphragm or piston of the pump is driven by the drive unit of the cam at approximately constant speed during the entire compression stroke is moved, the position of the cam is taken into account to ensure an approximately constant volume flow of the metered medium. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit den Nocken während des Verdichtungshubes mit einem Drehzahlprofil antreibt, das eine zeitliche Cosinusbewegung des Kolbens oder der Membran, die durch den Nocken bedingt wird, kompensiert.Method according to claim 1, characterized in that that the Drive unit the cam during the compression stroke drives with a speed profile, the one temporal cosine motion of the piston or the membrane passing through the cam is conditional compensated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschwindigkeitsprofil der Antriebseinheit ungefähr die Form ω(t) = 2/TD × (1 – (–2/TD × t + 1)2)–1/2 in dem Verdichtungshub während des gesamten Zeitraums einer konstanten Membrangeschwindigkeit aufweist.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the speed profile of the drive unit is approximately the shape ω (t) = 2 / T D × (1 - (-2 / T D × t + 1) 2 ) -1/2 in the compression stroke during the entire period of a constant membrane velocity. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit den Nocken mit einem anderen Geschwindigkeitsprofil, insbesondere mit konstanter und/oder höherer Geschwindigkeit, während des Ansaughubes antreibt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Drive unit the cam with a different velocity profile, in particular at constant and / or higher speed, during the Ansaughubes drives. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der abgegebene Volumenfluß des dosierten Mediums kurz vor dem Ende des Verdichtungshubes erhöht wird, um das Dosierungsloch während des Ansaughubes zu kompensieren.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that delivered volume flow of metered medium is increased shortly before the end of the compression stroke, around the dosing hole during to compensate for the intake stroke. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein EC-Motor, vorzugsweise mit integralen Rotorpositionssensoren, als die Antriebseinheit verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a EC motor, preferably with integral rotor position sensors, as the drive unit is used. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern der Nockengeschwindigkeit die Nockenposition durch einen Sensor erfaßt wird und/oder anhand von Positionssensorsignalen, die in der Antriebseinheit sind, errechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Controlling the cam speed, the cam position by a Sensor detected is and / or based on position sensor signals that are in the drive unit, is calculated.
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