EP1172560A2 - Fördervorrichtung mit einem stromgesteuerten Motor - Google Patents

Fördervorrichtung mit einem stromgesteuerten Motor Download PDF

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EP1172560A2
EP1172560A2 EP01116892A EP01116892A EP1172560A2 EP 1172560 A2 EP1172560 A2 EP 1172560A2 EP 01116892 A EP01116892 A EP 01116892A EP 01116892 A EP01116892 A EP 01116892A EP 1172560 A2 EP1172560 A2 EP 1172560A2
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EP
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motor
current
stroke
conveying device
pump
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Kurt Solgaard
Knud Erik Pedersen
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/04—Motor parameters of linear electric motors
    • F04B2203/0401—Current

Definitions

  • the invention relates to a conveyor device according to the preamble of claim 1 specified features.
  • Conveyors of this type are typically metering pumps but also compressors or other devices in which a Electric motor via a downstream gearbox an oscillating machine drives.
  • Gearbox in the sense of the invention is any implementation the rotary motor movement into the translatory movement the working machine.
  • the object of the invention to form a generic conveyor device so that it works with higher efficiency, especially low heat loss generated on the motor side.
  • the basic idea of the present invention is to use the electronic Control the current supplied to the motor according to the expected engine load depending on the stroke position of the driven machine to limit.
  • the present invention can basically be used with all motor controls Find application where the rotational movement of the motor shaft in a translational movement is implemented and the engine load larger fluctuations due to the system's stroke is subjected, such as in compressors.
  • a preferred one and typical application is in a metering pump, which is by means of a Servo or stepper motor is driven and its working machine by a positive displacement pump, in particular a diaphragm or piston pump, is formed.
  • a metering pump takes place in the transmission often a reduction, so that according to the stroke position the current limitation provided by the pump is particularly effective since the Motor driven for several revolutions with a low current if necessary can be, as appropriate for the return stroke, for example is.
  • the delivery is generated under pressure in the working stroke, whereas the return stroke is used for suction. Because the pressure stroke the engine requires more power than the suction stroke, it is advisable the motor with a smaller current than during the suction stroke to be controlled during the pressure stroke.
  • a position transmitter in the area of the working machine for example provided for detecting an end position of the push rod.
  • the position transmitter is expediently arranged so that it is a Signal in the middle of the working stroke. This is particularly the case with Use of a diaphragm pump is advisable because it is then reliable can be ensured that the pump immediately after receipt of this Signal is stopped when it is switched off, because then the The pump diaphragm is not preloaded, which increases the service life is increased.
  • the motor load depends on the one hand on the stroke position, because For example, in the case of an eccentric drive, the torque load on the motor with changing rotational position, even if the one to be applied Force on the push rod remains the same, but on the other hand also from the Lifting speed. This is zero in the end positions of the machine and the largest due to the drive at about half the stroke. Furthermore becomes higher with dosing pumps during the return stroke Speed worked as during the print stroke. This will be convenient to be taken into account when limiting the current of the motor be, which is why the current limitation also depends on the expected Lifting speed should take place.
  • a current limit curve set in this way is then expediently still depending on the The speed at which the pump delivers varies because the motor current at constant engine torque load with increasing speed increases. This increase or decrease is when the current limiting curve is determined expedient to take into account.
  • the current limitation is expediently carried out in such a way that it takes place depending on the pressure to be applied by the pump, so that when the pump has to apply high pressure, the Motor is adequately powered and in phases lower Pressure the current is reduced accordingly.
  • a corresponding sensor that is expediently arranged in the area of the working machine.
  • a force measuring device in the area of the oscillating one is preferred Drive means are provided, for example in the area of the push rod.
  • this can be done with a predetermined one Speed can also be determined via the motor current, since the Motor current at least in the middle range of the working stroke at a given one Engine speed the moment applied by the engine and to determine the pressure applied by the pump.
  • Vice versa can be controlled via the motor control by limiting the maximum Current also limits the maximum pressure to be applied by the pump to avoid impermissibly high loads on the device or system side to prevent.
  • the motor in the following interval with the full current (i.e. without the current limitation according to the invention) and only in again following interval to the previously determined level at which such a speed reduction of the engine just not yet takes place to lower.
  • the speed of the Motors which is relatively expensive, can also be done by means of the anyway existing position transmitter. Because if the engine Position in which the position transmitter emits a signal in a predetermined one Time has not reached, then this will be with the full current for so long controlled until the position is reached, then to the previously determined Level to be lowered again.
  • the shape and position of the current limiting curve is advantageous in this way dimensioned so that not only the efficiency of the device is increased, but that cavitations are also effective during the suction stroke be prevented.
  • a current controlled stepper motor drives a reduction gear an eccentric or cam drive on the output side which has the rotational movement in a translatory movement implements and drives a push rod oscillating, which a diaphragm pump applied.
  • the load on the motor depends on the Push rod position and the direction of movement.
  • the load increases from zero, has at 90 °, so reaches its maximum on half of the return or suction stroke then at 180 ° again to zero.
  • the zero, 180 ° and 360 ° positions mark the end positions of the working machine, i.e. 180 ° the end of the Return stroke or start of the work stroke and 360 ° the end of the work stroke and the beginning of the return stroke (0 °).
  • the engine load shown with reference to Fig. 1, that is in the respective Position of the working machine at a given speed from The torque to be applied to the motor essentially corresponds to the curve shape the current required by the motor.
  • Fig. 2 The relationship between motor current and motor torque is shown in Fig. 2 illustrated by means of two curves, curve 4 showing a high motor current and curve 5 a lower, constant motor current represent.
  • the engine torque is M on the ordinate and on the abscissa the engine speed n plotted.
  • the torque curve shown in FIG. 2 is typical for one such stepper motor as used to drive a metering pump becomes.
  • Fig. 3 are corresponding to the position of the machine described above 1 shows two current limiting curves 6 and 7.
  • the current limiting curve 6 is for the operation of the metering pump low pressure and the current limiting curve 7 for the operation of the Pump designed for high pressure, always at the same motor speed in the working stroke or in the return stroke.
  • the two Shows curves these are in the area of the return stroke or suction stroke (0 ° to 180 °), whereas in the pressure stroke or working stroke (180 ° up to 360 °) curve 7 is clearly above curve 6.
  • the current limiting curve must be designed higher in this area than at lower pressure.
  • this is the difference with the return stroke practically not given, since the engine load essentially is equal to.
  • the current limiting curves 6 and 7 shown with reference to FIG. 3 are provided for engine controls in the return stroke of the working machine have a higher speed than in the working stroke. With one The current limiting arrangement can be used simultaneously for this purpose to avoid cavitation in the return or suction stroke. If such a change in speed is not provided, then also the current limiting curves essentially the shape of the one in FIG. 1 have load curve shown by curve 2.
  • Fig. 4 three current limiting curves 8, 9 and 10 are shown, which are with constant pressure load during the working stroke, however at different output, d. H. different speed of the Engine result.
  • the current limitation curves 8 to 10 differ only in the area of the working stroke (180 ° to 360 °), essentially there in the middle range and only in terms of amount. 4 thus illustrates that with increasing engine speed, i.e. with increasing Flow rate, the current required to operate the motor increases. This also results from the physical relationships, because because of the higher speed, the performance of the engine and thus the delivery capacity of the pump increases.

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Abstract

Die Fördervorrichtung weist einen stromgesteuerten Motor, ein diesem nachgeschaltetes Getriebe zum Umsetzen der rotatorischen Rotorbewegung in eine translatorische Hubbewegung auf sowie eine davon angetriebene oszillierende Arbeitsmaschine. Der Motor wird von einer elektronischen Steuerung angesteuert, wobei der dem Motor zugeführte Strom (6 oder 7) entsprechend derzu erwartenden Motorbelastung in Abhängigkeit der Hubstellung der Arbeitsmaschine begrenzt wird. Hierdurch wird einerseits der Wirkungsgrad der Maschine erhöht und zudem eine unnötige thermische Belastung des Motors vermieden (Figur 3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Fördervorrichtungen dieser Art sind typischerweise Dosierpumpen, können aber auch Kompressoren oder andere Vorrichtungen sein, bei denen ein Elektromotor über ein nachgeschaltetes Getriebe eine oszillierende Arbeitsmaschine antreibt. Getriebe im Sinne der Erfindung ist jedwede Umsetzung der rotatorischen Motorbewegung in die translatorische Bewegung der Arbeitsmaschine.
Bei Fördervorrichtungen dieser Art mit stromgesteuertem Motor wird der Motor üblicherweise während des gesamten Arbeitshubs sowie des sich daran anschließend Rückhubs - dies erfordert mindestens eine Motordrehung, wobei beispielsweise bei Dosierpumpen häufig noch ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist, so dass eine Vielzahl von Motordrehungen erforderlich sind, - mit einem üblicherweise konstanten Strom beaufschlagt, der so hoch gewählt ist, dass der Motor auch zum Zeitpunkt der maximalen Belastung während des Arbeitshubs stets ausreichend versorgt ist. Da der Motor jedoch nur über einen Teil des Arbeitshubs einen solch hohen Strom benötigt und beispielsweise während des Rückhubs einen deutlich geringeren Strom zum sicheren Betrieb erfordert, führt eine solche Strombeaufschlagung zu einem schlechten Wirkungsgrad der Vorrichtung und auch zu einer hohen Erwärmung des Motors, was insbesondere bei kompakt bauenden Motoren ein Problem darstellen kann. Dies Problematik kann beispielsweise bei der aus DE 196 23 537 A1 bekannten Dosierpumpe auftreten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Fördervorrichtung so auszubilden, dass sie mit höherem Wirkungsgrad arbeitet, insbesondere geringe Verlustwärme motorseitig erzeugt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, mittels der elektronischen Steuerung den dem Motor zugeführten Strom entsprechend der zu erwartenden Motorbelastung in Abhängigkeit der Hubstellung der Arbeitsmaschine zu begrenzen.
Die vorliegende Erfindung kann grundsätzlich bei allen Motorsteuerungen Anwendung finden, bei denen die Rotationsbewegung der Motorwelle in eine translatorische Bewegung umgesetzt wird und die Motorbelastung über den Hub der Arbeitsmaschine systembedingt größeren Schwankungen unterworfen ist, wie beispielsweise bei Kompressoren. Eine bevorzugte und typische Anwendung liegt bei einer Dosierpumpe, die mittels eines Servo- oder Schrittmotors angetrieben ist und deren Arbeitsmaschine durch eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Membran- oder Kolbenpumpe, gebildet ist. Bei derartigen Dosierpumpen erfolgt im Getriebe häufig noch eine Untersetzung, so dass die entsprechend der Hubstellung der Pumpe vorgesehene Strombegrenzung besonders effektiv ist, da der Motor über ggf. mehrere Umdrehungen mit einem niedrigen Strom angesteuert werden kann, wie dies beispielsweise für den Rückhub zweckmäßig ist.
Bei Dosierpumpen wird im Arbeitshub die Förderung unter Druck erzeugt, wohingegen der Rückhub zum Ansaugen genutzt wird. Da der Druckhub dem Motor eine höhere Leistung als der Saughub abverlangt, ist es zweckmäßig, den Motor während des Saughubs mit einem kleineren Strom als während des Druckhubs anzusteuern.
Auch wenn eine formschlüssige mechanische Koppelung zwischen Motorwelle und der Schubstange der Arbeitsmaschine gegeben ist oder insbesondere in solchen Fällen, in denen eine solche nicht gegeben ist, beispielsweise wenn ein Riementrieb zwischengeschaltet ist, ist es zweckmäßig, die Hubstellung der Arbeitsmaschine, insbesondere der Pumpe, oder eine vergleichbare Position von Getriebe oder Rotor (wenn ein Formschluss im Antriebsstrang gegeben ist) zu erfassen. Auf diese Weise kann von der Steuerung die Schubstangenstellung der Arbeitsmaschine zumindest einmal pro Arbeitszyklus exakt erfasst werden und dann die vorgegebene Kurve zur Strombegrenzung entsprechend der detektierten Position zeitlich positioniert werden. Wenn Formschluss im Antriebsstrang zwischen Motorwelle und Schubstange der Arbeitsmaschine besteht, genügt es, einen Positionsgeber motorseitig vorzusehen. Im Übrigen wird bevorzugt ein Positionsgeber im Bereich der Arbeitsmaschine, beispielsweise zur Erfassung einer Endstellung der Schubstange vorgesehen. Dabei wird der Positionsgeber zweckmäßigerweise so angeordnet, dass er ein Signal im Mittelbereich des Arbeitshubs gibt. Dies ist insbesondere bei Verwendung einer Membranpumpe zweckmäßig, da dann zuverlässig sichergestellt werden kann, dass die Pumpe unmittelbar nach Erhalt dieses Signals stillgesetzt wird, wenn sie abgeschaltet wird, da dann nämlich die Membran der Pumpe nicht vorgespannt ist, wodurch die Lebensdauer erhöht wird.
Die Motorbelastung ist einerseits abhängig von der Hubstellung, da sich beispielsweise bei einem Exzentertrieb die Momentenbelastung des Motors mit sich ändernder Drehstellung ändert, auch wenn die aufzubringende Kraft an der Schubstange gleich bleibt, andererseits jedoch auch von der Hubgeschwindigkeit. Diese ist in den Endlagen der Arbeitsmaschine Null und antriebsbedingt etwa auf der Hälfte des Hubs am größten. Im Übrigen wird insbesondere bei Dosierpumpen während des Rückhubs mit höherer Geschwindigkeit gearbeitet als während des Druckhubs. Dies wird zweckmäßigerweise bei der Strombegrenzung des Motors mit zu berücksichtigen sein, weshalb die Strombegrenzung auch in Abhängigkeit der zu erwartenden Hubgeschwindigkeit erfolgen sollte. Eine so festgelegte Strombegrenzungskurve wird dann zweckmäßigerweise noch in Abhängigkeit der Geschwindigkeit, mit der die Pumpe fördert, variiert, da der Motorstrom bei konstanter Motormomentenbelastung mit zunehmender Geschwindigkeit zunimmt. Diese Zu- bzw. Abnahme ist bei Festlegung der Strombegrenzungskurve zweckmäßigerweise zu berücksichtigen.
Weiterhin wird die Strombegrenzung zweckmäßigerweise so erfolgen, dass sie in Abhängigkeit des von der Pumpe aufzubringenden Drucks erfolgt, so dass dann, wenn die Pumpe einen hohen Druck aufzubringen hat, der Motor ausreichend mit Strom versorgt wird und in Phasen geringeren Drucks der Strom entsprechend abgesenkt wird. Um diesen Druck zu erfassen, ist es zweckmäßig, einen entsprechenden Sensorvorzusehen, der zweckmäßigerweise im Bereich der Arbeitsmaschine angeordnet wird. Bevorzugt wird hierzu eine Kraftmesseinrichtung im Bereich der oszillierenden Antriebsmittel vorgesehen, beispielsweise im Bereich der Schubstange.
Anstelle einer sensorischen Druckerfassung kann dieser bei vorgegebener Geschwindigkeit auch über den Motorstrom ermittelt werden, da der Motorstrom zumindest im mittleren Bereich des Arbeitshubs bei vorgegebener Motorgeschwindigkeit das vom Motor aufgebrachte Moment und damit den von der Pumpe aufgebrachten Druck bestimmt. Umgekehrt kann über die Motorsteuerung durch die Begrenzung des maximalen Stroms auch der maximal von der Pumpe aufzubringende Druck begrenzt werden, um unzulässig hohe Belastungen vorrichtungs- oder anlagenseitig zu verhindern.
Um die Strombegrenzungskurve möglichst nahe an den tatsächlichen Strombedarf des Motors anzupassen, ist es zweckmäßig, den dem Motor zugeführten Strom bzw. eine vorab festgelegte Strombegrenzungskurve stufenweise so lange abzusenken, bis der Motor in seiner Geschwindigkeit unter einen Sollwert absinkt, d. h. der dem Motor zugeführte Strom nicht mehr ausreicht, um die erforderliche Leistung abzugeben. Wenn dieser Punkt erreicht ist, dann wird der Strom bzw. die Strombegrenzungskurve auf die zuvor erfolgte Strombegrenzung, also die zuvor gefahrene Stufe wieder angehoben um sicher zu sein, dass der Motor in allen Hubstellungen der Arbeitsmaschine die erforderliche Leistung erbringt. Die stufenweise Absenkung bzw. Erhöhung erfolgt vorzugsweise in Intervallen, welche einem Arbeitshub einschließlich Rückhub der Arbeitsmaschine entsprechen.
Um sicherzustellen, dass der Motor aufgrund der stufenweisen Absenkung des Stroms bzw. der Strombegrenzungskurve dann, wenn die Motorgeschwindigkeit unter einen Sollwert absinkt, nicht stehenbleibt, ist es zweckmäßig, den Motor im darauffolgenden Intervall mit dem vollen Strom (also ohne die erfindungsgemäße Strombegrenzung) anzusteuern und erst im wiederum darauffolgenden Intervall auf die zuvor ermittelte Stufe, bei der eine solche Geschwindigkeitsabsenkung des Motors gerade noch nicht erfolgt, abzusenken. Statt der Überwachung der Geschwindigkeit des Motors, was relativ aufwendig ist, kann eine solche auch mittels des ohnehin vorhandenen Positionsgebers erfolgen. Wenn nämlich der Motor die Stellung, in der der Positionsgeber ein Signal abgibt, in einer vorbestimmten Zeit nicht erreicht hat, dann wird dieser so lange mit dem vollen Strom angesteuert, bis die Position erreicht ist, um dann auf die zuvor ermittelte Stufe wieder abgesenkt zu werden.
Vorteilhaft wird die Strombegrenzungskurve in ihrer Form und Lage so dimensioniert, dass nicht nur der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird, sondern dass darüber hinaus auch Kavitationen beim Saughub wirksam verhindert werden.
Die Erfindung ist nachfolgend beispielhaft anhand von drei Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
die Belastung des Motors über einen Rückhub und nachfolgend einen Arbeitshub einer Membranpumpe,
Fig. 2
die Abhängigkeit des Motorstroms von dem aufzubringenden Moment in Abhängigkeit der Drehzahl anhand von zwei Stromkurven,
Fig. 3
zwei Strombegrenzungskurven eines Motors in Darstellung nach Fig. 1 für hohen und für niedrigen Druck der Arbeitsmaschine und
Fig. 4
drei Strombegrenzungskurven eines Motors in Darstellung nach Fig. 1 für unterschiedliche Geschwindigkeiten des Motors bei gleicher Momentenbelastung.
Die insbesondere in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Kurven sind an einer Dosierpumpe aufgenommen worden ähnlich der aus DE 196 23 537 A1 bekannten Bauart. Ein stromgesteuerter Schrittmotor treibt ein Untersetzungsgetriebe an, das abtriebsseitig einen Exzenter- oder Nockentrieb aufweist, welcher die Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umsetzt und eine Schubstange oszillierend antreibt, welche eine Membranpumpe beaufschlagt. Die Belastung des Motors ist abhängig von der Schubstangenstellung und der Bewegungsrichtung.
Wie die in Fig. 1 durchgezogene Kurve 1 zeigt, welche die Belastung des Motors in Abhängigkeit der Schubstangenstellung während eines Arbeitszyklus zeigt, steigt die Belastung von Null beginnend an, hat bei 90°, also auf der Hälfte des Rück- bzw. Saughubs ihr Maximum erreicht und fällt dann bei 180° wiederum auf Null ab. Die Null-, 180°- und 360°-Stellungen markieren die Endstellungen der Arbeitsmaschine, also 180° das Ende des Rückhubs bzw. Beginn des Arbeitshubs und 360° das Ende des Arbeitshubs und den Beginn des Rückhubs (0°).
Nach Erreichen des Umkehrpunktes 180° wird die Belastung des Motors negativ, da aufgrund der Massenträgheit des Systems die in Rotation versetzten Bauteile noch ihr kinetisches Energiepotential abbauen müssen. Nachdem dies erfolgt ist, also der Tiefpunkt der Kurve 1 erreicht ist, steigt die Kurve bis auf Null und dann vergleichsweise steil an, wenn nämlich die kinetische Energie umgewandelt und die zur Erzeugung des Drucks erforderlichen Kräfte aufgebracht werden müssen.
Bei 270°, also auf der Hälfte des Arbeitshubs haben diese Kräfte ihr Maximum erreicht. Sie fallen dann wiederum kontinuierlich ab, wobei kurz vor Ende des Druckhubs diese Kräfte nochmals kurzzeitig ansteigen, wenn nämlich der Motor schon für den in Kürze zu erwartenden Rückhub beschleunigt wird.
Dieses gemäß Kurve 1 während eines Saug- bzw. Rückhubs und nachfolgend eines Arbeits- bzw. Druckhubs vom Motor aufzubringende Moment gemäß Kurve 1 setzt sich zusammen aus einem statischen Anteil gemäß Kurve 2, der sich aus den (konstanten) Druckverhältnissen an der Pumpe sowie den mechanischen Gegebenheiten des Exzentertriebs ergibt sowie einem dynamischen Anteil (Kurve 3), welcher die sich aufgrund von Beschleunigungen ergebende Motorbelastung darstellt. Es wird also deutlich, dass im Bereich unmittelbar nach Abschluss des Rückhubs (nach 180°) zunächst einmal Beschleunigungskräfte (als Bremsmoment) frei werden, wenn nämlich das System von der höheren Rückhubgeschwindigkeit auf die niedrigere Arbeitshubgeschwindigkeit abgebremst wird. Umgekehrt ergibt sich am Ende des Arbeitshubes, also vor der 360°-Stellung, ein Anteil von Beschleunigungskräften, die daraus resultieren, dass der Motor schon vor Abschluss des Druckhubes beschleunigt wird, um nach Abschluss des Druck- bzw. Arbeitshubs den Rückhub mit erhöhter Geschwindigkeit durchführen zu können.
Die anhand von Fig. 1 dargestellte Motorbelastung, also das in der jeweiligen Stellung der Arbeitsmaschine bei vorgegebener Geschwindigkeit vom Motor aufzubringende Moment, entspricht in der Kurvenform im Wesentlichen dem vom Motor benötigten Strom.
Der Zusammenhang zwischen Motorstrom und Motormoment ist in Fig. 2 anhand zweier Kurven verdeutlicht, wobei die Kurve 4 einen hohen Motorstrom und die Kurve 5 einen niedrigeren, jeweils konstanten Motorstrom darstellen. Über die Ordinate ist das Motormoment M und über die Abszisse die Motordrehzahl n aufgetragen. Wie aus den Kurven 4 und 5 deutlich wird, ist zu niedrigen Drehzahlen hin das Motormoment stark abhängig vom Strom, wohingegen zu höheren Drehzahlen hin dieser Unterschied zunehmend schwindet, bis schließlich das Moment gegen Null abfällt.
Der anhand von Fig. 2 dargestellte Momentenverlauf ist typisch für einen solchen Schrittmotor, wie er zum Antrieb einer Dosierpumpe eingesetzt wird.
In Fig. 3 sind entsprechend der vorbeschriebenen Stellung der Arbeitsmaschine gemäß Fig. 1 zwei Strombegrenzungskurven 6 und 7 dargestellt. Die Strombegrenzungskurve 6 ist für den Betrieb der Dosierpumpe bei niedrigem Druck und die Strombegrenzungskurve 7 für den Betrieb der Pumpe bei hohem Druck ausgelegt, jeweils bei gleicher Motorgeschwindigkeit im Arbeitshub bzw. im Rückhub. Wie ein Vergleich der beiden Kurven zeigt, sind diese im Bereich des Rückhubs bzw. Saughubs (0° bis 180°) übereinstimmend, wohingegen im Druckhub bzw. Arbeitshub (180° bis 360°) die Kurve 7 deutlich über der Kurve 6 liegt. Damit die Arbeitsmaschine den erhöhten Druck aufbringen kann, ist vom Motor ein höheres Moment aufzubringen, was durch einen größeren Motorstrom erzeugt wird. Demgemäß ist die Strombegrenzungskurve in diesem Bereich höher auszulegen als bei niedrigerem Druck. Beim Rückhub hingegen ist dieser Unterschied praktisch nicht gegeben, da die Motorbelastung im Wesentlichen gleich ist.
Wie die Fig. 3 verdeutlicht, ist es also zweckmäßig, die Strombegrenzungskurven 6, 7 druckabhängig zu gestalten, da die Belastung des Motors sich nicht überden gesamten Arbeitszyklus gleichmäßig ändert, sondern nur im Bereich des Arbeitshubs und dort auch noch differenziert. Insoweit ist es zweckmäßig, für einzelne Druckbereiche entsprechend angepasste Strombegrenzungskurven vorzusehen, wobei die jeweils in Frage kommenden Kurven dann noch stufenweise, wie einleitend beschrieben, so lange nach unten verschoben werden können, bis die Drehzahl des Motors einen vorgegebenen Sollwert unterschreitet, um die Strombegrenzungskurve möglichst nah an der tatsächlichen Belastung zu orientieren.
Die anhand der Fig. 3 dargestellten Strombegrenzungskurven 6 und 7 sind für Motorsteuerungen vorgesehen, die im Rückhub der Arbeitsmaschine eine höhere Geschwindigkeit als im Arbeitshub aufweisen. Bei einer solchen Anordnung kann die Strombegrenzung gleichzeitig dazu genutzt werden, um Kavitationen im Rück- bzw. Saughub zu vermeiden. Wenn eine solche Geschwindigkeitsänderung nicht vorgesehen ist, dann werden auch die Strombegrenzungskurven im Wesentlichen die Form der in Fig. 1 anhand von Kurve 2 dargestellten Belastungskurve aufweisen.
In Fig. 4 sind drei Strombegrenzungskurven 8, 9 und 10 dargestellt, die sich bei konstanter Druckbelastung während des Arbeitshubs, jedoch bei unterschiedlicher Fördermenge, d. h. unterschiedlicher Drehzahl des Motors ergeben. Die Strombegrenzungskurven 8 bis 10 unterscheiden sich lediglich im Bereich des Arbeitshubs (180° bis 360°), und zwar dort im Wesentlichen im mittleren Bereich und auch nur betragsmäßig. Die Fig. 4 verdeutlicht also, dass mit zunehmender Motordrehzahl, also mit zunehmender Fördermenge, der zum Betrieb des Motors erforderliche Strom ansteigt. Dies ergibt sich auch aus den physikalischen Zusammenhängen, da nämlich aufgrund der höheren Drehzahl auch die Leistung des Motors und somit die Förderleistung der Pumpe zunimmt.

Claims (13)

  1. Fördervorrichtung mit einem stromgesteuerten Motor, mit einem diesem nachgeschalteten Getriebe zum Umsetzten der rotatorischen Rotorbewegung in eine translatorische Hubbewegung, mit einer davon angetriebenen oszillierenden Arbeitsmaschine und mit einer elektronischen Steuerung, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Motor zugeführte Strom entsprechend der zu erwartenden Motorbelastung in Abhängigkeit der Hubstellung der Arbeitsmaschine begrenzt wird.
  2. Fördervorrichtung nach Anspruch 1 in Form einer Dosierpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Servo- oder Schrittmotor ist und die Arbeitsmaschine durch eine Verdrängerpumpe gebildet ist.
  3. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Motor während des Saughubs ein kleinerer Strom als während des Druckhubs der Pumpe zugeführt wird.
  4. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionsgeber vorgesehen ist, der die Hubstellung der Arbeitsmaschine, insbesondere der Pumpe, oder eine vergleichbare Position von Getriebe oder Rotor erfasst und dass die Strombegrenzung nach einer vorgegebenen Kurve (8, 9) ausgehend von einer vorbestimmten detektierten Position erfolgt.
  5. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber nur einmal pro Arbeitszyklus ein Signal abgibt, vorzugsweise im Mittelbereich eines Arbeitshubs.
  6. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzung des Motors auch in Abhängigkeit der zu erwartenden Hubgeschwindigkeit erfolgt.
  7. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzung auch in Abhängigkeit des von der Pumpe aufzubringenden Drucks erfolgt.
  8. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung des von der Pumpe aufgebrachten Drucks vorgesehen sind oder dass der von der Pumpe maximal zu erbringende Druck vorgegeben ist.
  9. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftmesseinrichtung im Bereich der oszillierenden Antriebsmittel vorgesehen ist.
  10. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Strombegrenzungskurve (8, 9) der dem Motor zugeführte Strom stufenweise solange abgesenkt wird, bis der Motor in seiner Geschwindigkeit unter seinen Sollwert absinkt und die zuvor erfolgte Strombegrenzung die Strombegrenzungskurve zumindest in diesem Punkt nach oben begrenzt.
  11. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Strombegrenzungskurve der Arbeitsdruck der Pumpe unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit erfasst wird.
  12. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stufenweise Absenkung der Strombegrenzungskurve in Intervallen erfolgt, denen jeweils ein Arbeitshub und Rückhub der Arbeitsmaschine entspricht, und dass dann, wenn auf Grund der Stromabsenkung festgestellt wird, dass der Motor seine erwartete Position nicht erreicht hat, der Motor mit dem vollen Strom so lange angesteuert wird, bis er die erwartete Position erreicht hat, wonach die zuvor ermittelte Stufe der Strombegrenzungskurve (8, 9) aktiviert wird.
  13. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungskurve so gewählt wird, das beim Saughub der Pumpe keine Kavitation auftritt.
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