EP1172560B1 - Dosing pump with current controlled motor - Google Patents
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- EP1172560B1 EP1172560B1 EP20010116892 EP01116892A EP1172560B1 EP 1172560 B1 EP1172560 B1 EP 1172560B1 EP 20010116892 EP20010116892 EP 20010116892 EP 01116892 A EP01116892 A EP 01116892A EP 1172560 B1 EP1172560 B1 EP 1172560B1
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- 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 metering pump according to the preamble of Claim 1 specified characteristics.
- metering pumps of the type mentioned drives an electric motor via a downstream gear an oscillating displacer pump on.
- Transmission in the context of the invention is any implementation of rotatory rotor movement in the translational motion of Displacement pump.
- the invention has the object, a generic Dosing pump form so that it works with higher efficiency, in particular generates lower heat loss on the motor side.
- the basic idea of the present invention is, by means of the electronic Control the current supplied to the motor according to the expected engine load depending on the stroke position of Limit working machine.
- the present invention can basically be applied to all engine controls for dosing pumps find application in which the rotational movement the motor shaft converted into a translational movement is and the engine load on the stroke of the pump systemic is subject to greater fluctuations.
- a preferred and typical Application is with a metering pump, which by means of a servo or Stepper motor is driven and the pump through a membrane or piston pump is formed.
- dosing pumps takes place in Transmission often still has a reduction ratio, so that according to the Stroke position of the pump provided current limit particularly effective is because the engine over possibly several turns with a low current can be controlled, as for example is appropriate for the return.
- the pumping is produced under pressure in the working stroke, whereas the return stroke is used for suction. Since the Pressure stroke demands more power from the engine than the suction stroke, It is advisable to use the engine during the intake stroke with a smaller one To control electricity as during the print stroke.
- the position transmitter expediently arranged so that it has a signal in the central region of the working stroke. This is especially true when using a Diaphragm pump appropriate, since then reliably ensured can be that the pump immediately after receiving this signal is shut down when it is switched off, since then namely the Diaphragm of the pump is not biased, reducing the life is increased.
- the engine load is on the one hand dependent on the stroke position, since For example, in an eccentric drive the moment load of Motors with changing rotational position changes, even if the applied force to the push rod remains the same, on the other hand but also from the lifting speed. This is in the end positions the pump zero and about half of the stroke on the drive biggest.
- the current limit of the motor with too be aware of why the current limit is also in Dependence of the expected lifting speed should take place.
- Such a fixed current limit curve will then expediently still depending on the speed with which the pump delivers varies as the motor current at constant Engine torque load with increasing speed increases. This increase or decrease is in the determination of the Current limit curve expediently taken into account.
- the current limitation will be done conveniently so that it depends on the pressure to be applied by the pump done so that when the pump is applying a high pressure has enough power and in phases Lower pressure of the current is lowered accordingly.
- a corresponding sensor which is expediently arranged in the region of the pump becomes.
- a force measuring device in the region of provided oscillating drive means, for example in the field of Push rod.
- the current or the current limit curve on the previously made current limit ie the previously raised stage raised again to be sure that the engine in all stroke positions of the pump provides the required performance.
- the gradual reduction or increase is preferably carried out at intervals, which a working stroke including return stroke of the pump correspond.
- the engine in the following interval with the full Current (ie without the current limiting invention) to control and only in the next subsequent interval on the previously determined Stage at which such a speed reduction of the engine straight not yet done, lower.
- the speed of the engine which is relatively expensive, such a also done by means of the already existing position encoder. If namely the motor the position in which the position sensor emits a signal, has not reached in a predetermined time, then this is so long energized with the full current until the position is reached then lowered to the previously determined level again.
- the current limiting curve in its shape and position so dimensioned that not only increases the efficiency of the device but also cavitations during the suction stroke effectively prevented.
- a current-controlled stepper motor drives a reduction gear on the output side an eccentric or cam drive having, which the rotational movement in a translational movement converts and drives a push rod oscillating, which is a diaphragm pump applied.
- the load of the engine depends on the Push rod position and the direction of movement.
- Fig. 1 shows 1, which is the burden of Motors depending on the push rod position during a work cycle shows, the load increases from zero starting at 90 °, so on the half of the return or suction stroke reaches its maximum and falls then at 180 ° again to zero.
- the zero, 180 ° and 360 ° positions mark the end positions of the working machine, ie 180 ° the end of the Return stroke or start of the working stroke and 360 ° the end of the working 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 of Engine applied torque, corresponds in the waveform substantially the power required by the engine.
- FIG. 2 The relationship between motor current and motor torque is shown in FIG. 2 illustrated by two curves, the curve 4 a high motor current and the curve 5 a lower, respectively constant motor current represent. About the ordinate is the engine torque M and the abscissa the engine speed n is plotted. As from the curves 4 and 5 becomes clear, the engine torque is strong at low speeds depending on the current, whereas at higher speeds towards this Difference increasingly fades, until finally the moment approaches zero drops.
- the torque curve shown with reference to FIG. 2 is typical of a such stepper motor as used to drive a metering pump becomes.
- Fig. 3 are corresponding to the above-described position of the working machine shown in FIG. 1, two current limiting curves 6 and 7.
- the current limiting curve 6 is included in the operation of the metering pump low pressure and the current limiting curve 7 for the operation of the Pump designed at high pressure, each with the same engine speed in the working stroke or in the return stroke.
- these are in the range of the return stroke or suction stroke (0 ° to 180 °) coincidentally, whereas in the pressure stroke or working stroke (180 ° to 360 °) the curve 7 is clearly above the curve 6.
- the work machine can apply the increased pressure, is higher from the engine Moment, which is generated by a larger motor current. Accordingly, the current limiting curve in this area is higher than at lower pressure.
- this difference is practically not given, since the engine load in essence is equal to.
- the current limiting curves 6 and 7 shown in FIG. 3 are intended for engine controls, in the return stroke of the working machine have a higher speed than in the working stroke. In such a Arrangement can use the current limit at the same time be used to avoid cavitation in the return or suction stroke. If such a speed change is not provided, then also the current limiting curves substantially the shape of in Fig. 1st have on the basis of curve 2 shown load curve.
- Fig. 4 three current limiting curves 8, 9 and 10 are shown, which are at constant pressure load during the working stroke, but at different flow rate, d. H. different speed of the Motors revealed.
- the current limit curves 8 to 10 are different only in the area of the working stroke (180 ° C to 360 °), and there essentially in the middle range and also only in moderation. 4 clarifies that with increasing engine speed, so with increasing Flow rate, the current required to operate the motor increases. This is also apparent from the physical contexts, because because of the higher speed and the power of the engine and thus the delivery rate of the pump increases.
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Description
Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a metering pump according to the preamble of Claim 1 specified characteristics.
Bei Dosierpumpen der Eingangs genannten Art treibt ein Elektromotor über ein nachgeschaltetes Getriebe eine oszillierende Verdränger pumpe an. Getriebe im Sinne der Erfindung ist jede Umsetzung der rotatorischen Rotorbewegung in die translatorische Bewegung der Verdrängerpumpe.In metering pumps of the type mentioned drives an electric motor via a downstream gear an oscillating displacer pump on. Transmission in the context of the invention is any implementation of rotatory rotor movement in the translational motion of Displacement pump.
Bei Dosierpumpen dieser Art mit stromgesteuertem Motor wird der Motor üblicherweise während des gesamten Arbeitshubs sowie des sich daran anschließenden Rückhubs - dies erfordert mindestens eine Motordrehung, wobei häufig noch ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist, so dass eine Vielzahl von Motordrehungen erfordelich 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. Diese Problematik kann beispielsweise bei der aus DE 196 23 537 A1 bekannten Dosierpumpe auftreten. In metering pumps of this type with current-controlled motor, the motor usually during the entire working stroke as well as itself subsequent return stroke - this requires at least one motor rotation, often still provided a reduction gear is, so that a large number of engine rotations are required - with one usually applied constant current, which is chosen so high is that the engine is also at the time of maximum load during the working hub is always sufficiently supplied. As the engine, however only a part of the power stroke requires such a high current and for example during the return stroke a much lower Requires electricity for safe operation, such a current application leads to a poor efficiency of the device and also to a high warming of the engine, which in particular at compact engines can pose a problem. This problem For example, in the known from DE 196 23 537 A1 Metering pump occur.
Ausgehend von dem aus DE 196 23 537 A1 bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Dosierpumpe so auszubilden, dass sie mit höherem Wirkungsgrad arbeitet, insbesondere geringere Verlustwärme motorseitig erzeugt.Starting from the known from DE 196 23 537 A1 prior art the invention has the object, a generic Dosing pump form so that it works with higher efficiency, in particular generates lower heat loss on the motor side.
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.This object is achieved according to the invention by those specified in claim 1 Characteristics solved. Advantageous embodiments are in the Subclaims and in the following description.
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.The basic idea of the present invention is, by means of the electronic Control the current supplied to the motor according to the expected engine load depending on the stroke position of Limit working machine.
Die vorliegende Erfindung kann grundsätzlich bei allen Motorsteuerungen für Dosierpumpen Anwendung finden, bei denen die Rotationsbewegung der Motorwelle in eine translatorische Bewegung umgesetzt wird und die Motorbelastung über den Hub der Pumpe systembedingt größeren Schwankungen unterworfen ist. Eine bevorzugte und typische Anwendung liegt bei einer Dosierpumpe, die mittels eines Servo- oder Schrittmotor angetrieben ist und deren Pumpe durch 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.The present invention can basically be applied to all engine controls for dosing pumps find application in which the rotational movement the motor shaft converted into a translational movement is and the engine load on the stroke of the pump systemic is subject to greater fluctuations. A preferred and typical Application is with a metering pump, which by means of a servo or Stepper motor is driven and the pump through a membrane or piston pump is formed. In such dosing pumps takes place in Transmission often still has a reduction ratio, so that according to the Stroke position of the pump provided current limit particularly effective is because the engine over possibly several turns with a low current can be controlled, as for example is appropriate for the return.
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.In dosing pumps, the pumping is produced under pressure in the working stroke, whereas the return stroke is used for suction. Since the Pressure stroke demands more power from the engine than the suction stroke, It is advisable to use the engine during the intake stroke with a smaller one To control electricity as during the print stroke.
Auch wenn eine formschlüssige mechanische Koppelung zwischen Motorwelle und der Schubstange der Pumpe 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 Pumpe oder eine vergleichbare Position von Getriebe und Rotor (wenn ein Formschluss im Arbeitsstrang gegeben ist) zu erfassen. Auf diese Weise kann von der Steuerung die Schubstangenstellung der Pumpe zumindest einmal pro Abeitszyklus 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 Pumpe besteht, genügt es, einen Positionsgeber im Bereich der Pumpe, beispielsweise zur Erfassung einer Endstellung der Schubstange vorgesehen. Dabei wir der Positionsgeber zweckmäßigerweise so angeordnet, dass er ein Signal im Mittelbereich des Arbeitshubes 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. Even if a positive mechanical coupling between the motor shaft and the push rod of the pump is given or in particular in such cases where such is not given, for example if a belt drive is interposed, it is expedient the stroke position of the pump or a comparable position of Gear and rotor (if a positive connection is given in the work string) capture. In this way, from the controller, the push rod position the pump accurately detected at least once per Abeitszyklus and then the default curve for current limiting be temporally positioned according to the detected position. When positive locking in the drive train between the motor shaft and Push rod of the pump consists, it is sufficient, a position sensor in Area of the pump, for example, to detect an end position of Push rod provided. Here we are the position transmitter expediently arranged so that it has a signal in the central region of the working stroke. This is especially true when using a Diaphragm pump appropriate, since then reliably ensured can be that the pump immediately after receiving this signal is shut down when it is switched off, since then namely the Diaphragm of the pump is not biased, reducing the life is increased.
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 des Pumpe Null und antriebsbedingt etwa auf der Hälfte des Hubs am größten. Im Übrigen wird 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 der Festlegung der Strombegrenzungskurve zweckmäßigerweise zu berücksichtigen.The engine load is on the one hand dependent on the stroke position, since For example, in an eccentric drive the moment load of Motors with changing rotational position changes, even if the applied force to the push rod remains the same, on the other hand but also from the lifting speed. This is in the end positions the pump zero and about half of the stroke on the drive biggest. Incidentally, with dosing pumps during the return stroke with higher speed than during the compression stroke. This is expediently in the current limit of the motor with too be aware of why the current limit is also in Dependence of the expected lifting speed should take place. Such a fixed current limit curve will then expediently still depending on the speed with which the pump delivers varies as the motor current at constant Engine torque load with increasing speed increases. This increase or decrease is in the determination of the Current limit curve expediently taken into account.
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 Sensor vorzusehen, der zweckmäßigerweise im Bereich der Pumpe angeordnet wird. Bevorzugt wird hierzu eine Kraftmesseinrichtung im Bereich der oszillierenden Antriebsmittel vorgesehen, beispielsweise im Bereich der Schubstange.Furthermore, the current limitation will be done conveniently so that it depends on the pressure to be applied by the pump done so that when the pump is applying a high pressure has enough power and in phases Lower pressure of the current is lowered accordingly. To this Pressure, it is expedient to provide a corresponding sensor, which is expediently arranged in the region of the pump becomes. For this purpose, a force measuring device in the region of provided oscillating drive means, for example in the field of Push rod.
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.Instead of a sensory pressure detection can this at a given Speed can also be determined via the motor current since the motor current at least in the central region of the working stroke at a given Engine speed is the moment applied by the engine and thus determines the pressure applied by the pump. Conversely, through the engine control by limiting the maximum current also the maximum applied by the pump Be limited to impermissibly high loads. or to prevent the system.
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.To the current limit curve as close as possible to the actual To adjust the power requirements of the engine, it is convenient to the engine supplied current or a predetermined current limit curve Gradually lower as long as the engine in its speed falls below a setpoint, d. H. the engine supplied Power is no longer sufficient to deliver the required power.
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 Pumpe die erforderliche Leistung erbringt. Die stufenweise Absenkung bzw. Erhöhung erfolgt vorzugsweise in Intervallen, welche einem Arbeitshub einschließlich Rückhub der Pumpe entsprechen.When this point is reached, then the current or the current limit curve on the previously made current limit, ie the previously raised stage raised again to be sure that the engine in all stroke positions of the pump provides the required performance. The gradual reduction or increase is preferably carried out at intervals, which a working stroke including return stroke of the pump correspond.
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.To ensure that the engine due to the gradual lowering of the current or the current limiting curve, if the motor speed is below a set point, does not stop, it is appropriate, the engine in the following interval with the full Current (ie without the current limiting invention) to control and only in the next subsequent interval on the previously determined Stage at which such a speed reduction of the engine straight not yet done, lower. Instead of monitoring the speed of the engine, which is relatively expensive, such a also done by means of the already existing position encoder. If namely the motor the position in which the position sensor emits a signal, has not reached in a predetermined time, then this is so long energized with the full current until the position is reached then lowered to the previously determined level again.
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. Advantageously, the current limiting curve in its shape and position so dimensioned that not only increases the efficiency of the device but also cavitations during the suction stroke effectively prevented.
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.
- Fig. 1
- the load on the motor over a return stroke and subsequently a working stroke of a diaphragm pump,
- Fig. 2
- the dependence of the motor current on the torque to be applied as a function of the rotational speed on the basis of two current curves,
- Fig. 3
- two current limiting curves of an engine in representation of FIG. 1 for high and low pressure of the working machine and
- Fig. 4
- three current limiting curves of an engine in representation of FIG. 1 for different speeds of the engine at the same torque load.
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.The curves shown in particular in FIGS. 1, 3 and 4 are at one Metering pump was added similar to that of DE 196 23 537 A1 known type. A current-controlled stepper motor drives a reduction gear on the output side an eccentric or cam drive having, which the rotational movement in a translational movement converts and drives a push rod oscillating, which is a diaphragm pump applied. The load of the engine depends on the Push rod position and the direction of movement.
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°).As the solid line in Fig. 1 shows 1, which is the burden of Motors depending on the push rod position during a work cycle shows, the load increases from zero starting at 90 °, so on the half of the return or suction stroke reaches its maximum and falls then at 180 ° again to zero. The zero, 180 ° and 360 ° positions mark the end positions of the working machine, ie 180 ° the end of the Return stroke or start of the working stroke and 360 ° the end of the working stroke and the beginning of the return stroke (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.After reaching the
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.At 270 °, ie at half of the working stroke, these forces have their maximum reached. They then turn off continuously, with a short before End of the print stroke, these forces rise again briefly, if namely the engine accelerates already for the expected return stroke soon becomes.
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. This according to curve 1 during a suction or return stroke and below
a working or pressure stroke applied by the engine torque
according to curve 1 is composed of a static component according to
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.The engine load shown with reference to FIG. 1, that is, in the respective Position of the working machine at a given speed of Engine applied torque, corresponds in the waveform substantially the power required by the engine.
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.The relationship between motor current and motor torque is shown in FIG. 2 illustrated by two curves, the curve 4 a high motor current and the curve 5 a lower, respectively constant motor current represent. About the ordinate is the engine torque M and the abscissa the engine speed n is plotted. As from the curves 4 and 5 becomes clear, the engine torque is strong at low speeds depending on the current, whereas at higher speeds towards this Difference increasingly fades, until finally the moment approaches zero drops.
Der anhand von Fig. 2 dargestellte Momentenverlauf ist typisch für einen solchen Schrittmotor, wie er zum Antrieb einer Dosierpumpe eingesetzt wird.The torque curve shown with reference to FIG. 2 is typical of a such stepper motor as used to drive a metering pump becomes.
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 höherauszulegen als bei niedrigerem Druck. Beim Rückhub hingegen ist dieser Unterschied praktisch nicht gegeben, da die Motorbelastung im Wesentlichen gleich ist.In Fig. 3 are corresponding to the above-described position of the working machine shown in FIG. 1, two current limiting curves 6 and 7. The current limiting curve 6 is included in the operation of the metering pump low pressure and the current limiting curve 7 for the operation of the Pump designed at high pressure, each with the same engine speed in the working stroke or in the return stroke. Like a comparison of the two Shows curves, these are in the range of the return stroke or suction stroke (0 ° to 180 °) coincidentally, whereas in the pressure stroke or working stroke (180 ° to 360 °) the curve 7 is clearly above the curve 6. So the work machine can apply the increased pressure, is higher from the engine Moment, which is generated by a larger motor current. Accordingly, the current limiting curve in this area is higher than at lower pressure. On the return stroke, on the other hand, this difference is practically not given, since the engine load in essence is equal to.
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.As FIG. 3 makes clear, it is therefore expedient to use the current limiting curves 6, 7 to make pressure dependent, since the load on the engine itself does not change over the entire work cycle evenly, but only in the Range of the working stroke and there also differentiated. In that sense it is appropriate, adapted for individual pressure ranges corresponding current limiting curves be appropriate, with the appropriate Curves then gradually, as described in the introduction, so long after can be moved down until the speed of the motor one specified value falls below the current limit curve as close as possible to the actual load.
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.The current limiting curves 6 and 7 shown in FIG. 3 are
intended for engine controls, in the return stroke of the working machine
have a higher speed than in the working stroke. In such a
Arrangement can use the current limit at the same time
be used to avoid cavitation in the return or suction stroke. If
such a speed change is not provided, then
also the current limiting curves substantially the shape of in Fig. 1st
have on the basis of
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°C bis 360°), und zwar dort im Wesentlichen im mittleren Bereich und auch nur betragsmößig. 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.In Fig. 4, three current limiting curves 8, 9 and 10 are shown, which are at constant pressure load during the working stroke, but at different flow rate, d. H. different speed of the Motors revealed. The current limit curves 8 to 10 are different only in the area of the working stroke (180 ° C to 360 °), and there essentially in the middle range and also only in moderation. 4 clarifies that with increasing engine speed, so with increasing Flow rate, the current required to operate the motor increases. This is also apparent from the physical contexts, because because of the higher speed and the power of the engine and thus the delivery rate of the pump increases.
Claims (13)
- A dosing pump with a current-controlled motor with a rotor, with a gearing connected after this for converting the rotary rotor movement into a translatory stroke movement, with an oscillating positive-displacement pump driven by this, and with an electronic control, characterised in that the current supplied to the motor is limited according to the expected motor loading in dependence on the stroke position of the positive-displacement pump.
- A dosing pump according to claim 1, characterised in that the motor is a servo-motor or a stepper-motor.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that a smaller current is supplied to the motor during the intake stroke than during the pressure stroke of the pump.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that a position sensor is provided which detects the stroke position of the pump or a comparable position of the gearing and rotor, and that the current limitation is effected according to a defined curve (8, 9) proceeding from a defined, detected position.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that the position sensor emits a signal only once per working cycle, preferably in the middle region of a working stroke.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that the current limitation of the motor is effected also in dependence of the expected stroke speed.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that the current limitation is also effected in dependence on the pressure to be mustered by the pump.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that means for detecting the pressure mustered by the pump are provided, or that the maximum pressure to be mustered by the pump is defined.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that a force measurement means is provided in the region of the oscillating drive means.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that for determining the current limitation curve (8, 9), the current supplied to the motor is reduced in steps until the motor in its speed falls below its nominal value, and the previously effected current limitation limits the current limitation curve to the top at least at this point.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that by way of the current limitation curve, the working pressure of the pump is detected whilst taking into account the speed.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that the stepwise reduction of the current limitation curve is effected in intervals to which in each case a working stroke and a return stroke of the working machine corresponds, and that when on account of the current reduction it is ascertained that the motor has not reached its expected position, the motor is activated with the full current until it has reached the expected position, whereupon the previously evaluated step of the current limitation curve (8, 9) is activated.
- A dosing pump according to one of the preceding claims, characterised in that the current limitation curve is selected such that no cavitation occurs with the intake stroke of the pump.
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