EP1757809A1 - Electromagnetic metering pump with motion and speed control - Google Patents

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EP1757809A1
EP1757809A1 EP06119285A EP06119285A EP1757809A1 EP 1757809 A1 EP1757809 A1 EP 1757809A1 EP 06119285 A EP06119285 A EP 06119285A EP 06119285 A EP06119285 A EP 06119285A EP 1757809 A1 EP1757809 A1 EP 1757809A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
metering pump
pump according
position sensor
pressure piece
Prior art date
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Granted
Application number
EP06119285A
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German (de)
French (fr)
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EP1757809B1 (en
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Thomas Freudenberger
Andreas Dr. Höhler
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Prominent Dosiertechnik GmbH
Original Assignee
Prominent Dosiertechnik GmbH
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Publication date
Application filed by Prominent Dosiertechnik GmbH filed Critical Prominent Dosiertechnik GmbH
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Publication of EP1757809B1 publication Critical patent/EP1757809B1/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
    • F04B17/042Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the solenoid motor being separated from the fluid flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04Pumps having electric drive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00Pump parameters
    • F04B2201/02Piston parameters
    • F04B2201/0201Position of the piston
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00Pump parameters
    • F04B2201/02Piston parameters
    • F04B2201/0202Linear speed of the piston

Definitions

  • the invention relates to a magnetic metering pump according to the preamble of claim 1.
  • Such magnetic metering pumps are well known and are adapted by additional devices to the respective requirements. They work according to the volumetric principle, in which the dosing process consists of the transport of a sealed chamber volume. The dosing volume per stroke corresponds to the volume difference of the membrane movement.
  • a movable pressure piece is mounted so that it is drawn in electrical control of the magnetic coil in the magnetic sheath while shortening its air gap and is pushed back after switching off the electrical control by a return spring back to its original position in a fixed magnetic jacket.
  • Fixedly connected to the pressure piece is a push rod which transmits the movement and the force to the metering diaphragm.
  • the solenoid is turned on to perform a Dosierhubs for a certain time.
  • Other embodiments impose a regulated current profile on the magnetic coil according to a predetermined time profile, as a result of which the magnetic force and thus the dosing output are more reproducible and independent of electrical parameters, such as, for example. the current level of mains voltage.
  • the stroke frequency is specified by the repetition frequency of the electrical drive pulses.
  • the stroke length may e.g. be changed by a mechanically adjustable spindle, which sets the starting point of the lifting movement; the end position results when the magnet is fully tightened.
  • a possible embodiment is to screw a Hubverstellbolzen accessible from the device operating side knob and scale in a thread of a Hubdeckels, which in turn is attached to the back of the magnetic jacket and whose position is invariable with respect to the magnetic jacket.
  • the movement of the membrane results from the interaction of the effective forces.
  • the magnet current, and thus the generated force first increases due to self-induction. is the through the diaphragm and the return spring on the push rod overcome the effective force, sets the pressure piece in motion.
  • the air gap decreases as the path progresses, the magnetic force continues to increase accordingly.
  • the result is a fast accelerated movement with hard abutment of the pressure piece on the jacket, only damped by a usually existing damping ring (O-ring).
  • the entire movement takes place within a few milliseconds, resulting in very high instantaneous speeds of the metering medium and high pressure peaks up to twice the working pressure and above.
  • the membrane is not rigid, but deforms elastically in the flexing area by a certain amount when the pressure of the metering medium acts on them. The amount of this deformation is lost to the effectively executed lifting movement and causes the dosage decreases with increasing working pressure. This falling characteristic is much more pronounced in normal applications than the required dosing accuracy would permit.
  • Magnetic metering pumps therefore usually can not be operated in a general setting over a wide range of working pressure with the desired accuracy; rather, the occurring error is detected by a calibration measurement and included in the further calculations. However, this calibration measurement must be carried out under actual working conditions in the specific application and is, especially in connection with aggressive chemicals, a work step which entails considerable expense.
  • the currently widely used magnetic drive can handle a few simple parts and is therefore inexpensive to manufacture, it remains limited to relatively low powers and has drawbacks with respect to the hydraulic properties of the dosing operation over a motor-driven pump.
  • the motor drive e.g. by means of gear or eccentric is more efficient and has more favorable dosing properties for many processes, but is much more expensive to produce.
  • the object of the present invention is in particular to eliminate the known disadvantages with respect to the hydraulic properties of the dosing process and thereby to achieve a variable, wider range of application of the magnetic metering pumps, without negatively affecting their advantages, namely the simple and inexpensive production.
  • the movement process of the pressure piece and the associated push rod should be adapted to the desired information that both the dosing itself is adjustable, as well as resulting from manufacturing technology or the property of the elastic membrane errors are taken into account by the scheme and can be corrected.
  • the position sensor should be designed so that manufacturing and / or occurring inaccuracies in the position measurement can be compensated by the electronics used.
  • the solution of the problem is that with the unit of pressure piece and push rod, a reference element is connected, the position of which is scanned by a position sensor, wherein the position sensor outputs an actual signal which is in a fixed relationship to the position of the reference element and about a control loop as part of its control accuracy, the movement of the unit of pressure piece and push rod so influenced that it follows a predetermined setpoint profile.
  • the control device determines, on the basis of the boundary conditions, the respectively suitable sequence of movements as a default and regulates the actual movement determined by the measured values of the position sensor by influencing the magnetic coil current in such a way that it follows the specification as well as possible, so that otherwise e.g. be eliminated by the properties of the membrane resulting inaccuracies.
  • the position sensor operates according to a non-contact principle, a wear-free operation of the sensor is ensured, which is advantageous and ultimately necessary in view of the high number of strokes during the life of a metering pump.
  • the position element connected to the push rod is arranged at the end facing away from the dosing head and outside the dosing head, greater flexibility is achieved with respect to the mounting space for the position sensor.
  • the reference element influences the beam path of a light source and the position sensor cooperating with it, which is arranged on the magnet jacket, works according to a photosensitive receiver principle, wear-free operation is ensured on the one hand, which is indispensable in view of the high number of strokes during the lifetime of a metering pump, and the moving parts are scanned without contact.
  • Another advantage of this arrangement is that such a design of a position sensor is in principle insensitive to stray magnetic fields, which are not to be avoided when operating the sensor close to the magnet.
  • the reference element is a shadow body or a shadowing contour and if the position sensor interacting with it, which is arranged on the magnet jacket, consists of a row of photosensitive charge-coupled receiver cells, such an arrangement has an optical design Basic important properties that the position sensor must meet. On the one hand, the arrangement works wear-free due to the optical principle of operation and is insensitive to stray magnetic fields, on the other hand, such a trained sensor has virtually no linearity error.
  • the position sensor continues to be arranged on its own sensor carrier, which is firmly connected to the magnet sheath, such an arrangement can be pre-assembled and tested as a structural unit and thus facilitates the assembly. If the sensor carrier is designed as a part made of non-conductive plastic, this additionally simplifies the electrical insulation of the sensor components against the magnet sheath.
  • the position element, the shadow body or the shadowing contour and the position sensor represent a light barrier-like arrangement and the measured values are fed continuously or intermittently to the control loop, such an arrangement provides the position data to the control loop at a speed that is commensurate with the requirements.
  • the position sensor consists of a number of linearly arranged receivers (pixels), preferably 128 pixels, such an arrangement can easily determine the position by counting the shadow boundary between illuminated and unlit cells and achieves a resolution according to the distance of the Cells of the receiver module used.
  • the light source is a light-emitting diode (LED) arranged opposite the position sensor so that its light beam is not hindered by the push rod on the direct route to the receiver, this has the advantage that the inexpensive LED has an approximately punctiform spot that is suitable for a high optical resolution is essential, and practically has an almost infinite life.
  • the arrangement opposite the position sensor past the push rod results in a large distance between the light source and the receiver, which makes the projection angle of the relevant light beam relatively independent of the mounting position of the elements.
  • the output value of the position sensor (36) is formed by interpolating the brightness values of a plurality of pixels lying in the shadow transition region, a finer resolution is achieved for the output signal of the position sensor than predetermined by the mechanical grid of the cells of the CCD receiver.
  • the sensitivity of the position sensor to assembly deviations and mechanical displacements during operation, e.g. due to heating or bearing wear is reduced if zero position errors of the position sensor are eliminated by means of a reference memory or scaling error of the position sensor by approaching one or more reference positions.
  • Compensating for brightness variations between individual pixels by including a reference memory for the sensitivity of each pixel reduces the effects of contamination of the optical receiver.
  • this targeted influenceability of the membrane movement can achieve or improve advantageous hydraulic properties of the dosing , eg be used in the slow dosing, the pressure compensation and / or the dosing accuracy in Generalhub Switzerland.
  • control device alternatively influences the position, the speed or the acceleration of the pressure element via a control device by changing the coil current, the advantages of the respectively more suitable control method can be used specifically to suit the requirements of a specific dosing task.
  • a control of the membrane velocity allows a direct control of the actual flow rate of the dosing medium, which is required, for example, for the slower suction to avoid cavitation.
  • regulation of the diaphragm position makes it possible to control situations near standstill, in which the speed information which is formed by differentiating the path signal becomes very small and can no longer be usefully processed by the control device.
  • the control of the membrane position avoids this difficulty and is advantageous to apply for example in the electronic stroke length limitation or slow dosing.
  • the regulation of the acceleration of the diaphragm is advantageous for easy controllability of the control, since the acceleration of the moving masses represents a direct image of the magnetic force and thus indirectly the magnetic current.
  • the associated mechanical adjustment elements can basically be dispensed with. If the movement of the pressure piece is limited electronically even at maximum stroke length, without reaching the mechanical stop, in principle, the O-ring for damping can be omitted.
  • the otherwise necessary additional sensor for the mechanical position of the associated adjustment elements can be omitted.
  • the dosing accuracy is improved if, during the initial phase of the controlled forward movement of the pressure piece, either the controller itself or another control unit observes the magnetic flux, closes it to the force curve and thus detects the opening of the outlet valve and, using this observation, the dead zone due to the elastic deformation the membrane is formed, measures and the actually executed stroke by targeted termination of the stroke movement depending on the determined membrane deformation influenced so that caused by the membrane deformation error contribution (relative to the stroke or the metered volume) and thus eliminates the dependence of the dosage of the back pressure is significantly reduced.
  • This improvement is achieved by eliminating the error caused by the elastic deformation of the membrane under the effect of the working pressure, that the amount of this deformation does not contribute to the dosage.
  • Overpressure conditions can be advantageously recognized and limited during the dosing process, when the control device measures the dead zone during the forward movement of the pressure piece, which results from the elastic deformation of the membrane, and can make an estimate of the working pressure based on this measured dead zone and when exceeding a predetermined maximum value of Pressure to avoid further pressure increase adjusts the dosage.
  • the otherwise necessary additional resources such as e.g. Overpressure limiters can be saved as a result, provided that the metering pump is the only pressure-increasing unit in the process.
  • the heat loss inside the device of the magnetic metering pump is dissipated efficiently when the inside of the housing, including the magnet and the electronics, is cooled.
  • highly lossy modes such as e.g. allows continuous dosing with slowed membrane movement.
  • a ventilator is arranged in the interior, whose air flow forcibly guides the wall of the magnet and / or the windings of the coil as well as the inner wall of the housing of the magnetic metering pump and other components, the heat loss of the magnet or of the components mentioned becomes forwarded to the internal air in a thermally direct way and subsequently to the housing.
  • the forced air flow improves the heat transfer resistances of the respective lossy components and thus reduces their temperature increase compared to the air temperature inside the housing. Due to the more even distribution of heat over the entire surface of the case a larger proportion of the surface contributes to heat dissipation than without forced cooling. The peak temperature of the housing surface and the components inside the pump is thus lower overall than without cooling.
  • the position sensor If a part of the air flow is passed over the position sensor for cooling the position sensor, its temperature is maintained substantially at the level of the air temperature inside the housing. Since the position sensor is expediently mounted relatively close to the magnet to avoid measurement errors, he would almost without this measure take the temperature of the magnet, which would be much higher than the general air temperature inside the housing without cooling by a fan, as the magnet by far the represents the largest source of heat loss in the device.
  • the built-in electronics cover is also mounted relatively close to the magnet, it would be heated without this measure by the magnet, the temperature without cooling by a fan would be much higher than the general air temperature inside the housing.
  • the magnet jacket is arranged free-standing in the interior in such a way that it can be surrounded by an air flow for cooling at its circumference, this facilitates the cooling of the magnet by a fan.
  • the coil winding has a reduced number of turns with increased wire cross-section, this allows rapid changes in the coil current, as required for controlling the movement of the magnetic pressure piece.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a Magnetdosierpumpe (short MD called).
  • a housing 1 which is provided in the region of the magnet (upper outer side) as contact protection against the hot surface with housing ribs 3, goes on the bottom in a bottom plate 4 with mounting holes.
  • the magnetic jacket 17 of the drive magnet is arranged in the upper region of the housing 1.
  • the one end face of the housing is enclosed by a Gescousedekkel 5, which is placed on the housing 1 and connected thereto.
  • the adjusting member 7 and other controls are protected by a cover 9. Below the cover 9 connections for the control lines 10 and for the power supply 11 are provided.
  • a dosing head 12 is arranged, in which a membrane, for example, made of plastic 13 is firmly clamped at its periphery.
  • the dosing head 12 also carries an inlet valve 14 and an outlet valve 15 to the between the diaphragm 13 and dosing head 12 in the dosing Press 16 via the inlet valve 14 sucked dosing via the outlet valve 15 in the dosing.
  • the Magnetdosierpumpe works on the volumetric principle, ie a predetermined volume to be sucked in each stroke on the one hand and on the other hand discharged via the exhaust valve 15.
  • the membrane 13 is placed on the drive for this purpose in an oscillating motion.
  • the drive for the diaphragm 13 as the name "Magnetdosierpumpe" says, an electromagnet, formed by a rotationally symmetrical magnetic jacket 17, in which a rotationally symmetrical magnetic coil 2 is integrated.
  • the magnet coil 2 is formed by a likewise rotationally symmetrical coil carrier 51 made of plastic, which is wound with a coil winding 29, consisting of a plurality of turns made of enameled copper wire.
  • the magnetic coil comprises 800 turns with a wire diameter of about 1 mm.
  • the coil carrier and the winding are designed according to the requirements of the working voltage and can be additionally isolated by further insulation means such as foils.
  • the magnetic shell 17, a rotationally symmetrical solid body encloses, together with the magnetic disk 25, which closes the magnetic circuit from the magnetic shell 17 to the pressure piece 20 back, the pressure piece 20 with the arranged in the center of the pressure piece push rod 19 which is axially displaceable together with the pressure piece.
  • the push rod 19 Towards the Hubverstellbolzens 8 towards the push rod 19 cooperates with the adjusting member 7 as manually adjustable Hubverstellvorraum. With the opposite end, the push rod 19 cooperates with the elastic membrane 13. On the Hubverstellbolzen 8 facing part of the push rod 19, the pressure piece 20 is fixedly connected to the push rod. On the part of the push rod 19 facing the dosing head 12, the core 30 of the diaphragm 13 is firmly connected to the push rod. The push rod 19 with pressure piece 20 is mounted axially displaceably in a sleeve 26 arranged in the center of the magnetic jacket 17.
  • an O-ring 21 is arranged, which dampens the stop of the inner end face 22 of the pressure piece against the opposite inner end face 24 of the magnetic shell, if necessary.
  • a compression spring 23 for example a spiral spring, is arranged in a hole facing the inner end face 22 of the pressure piece and holds the pressure piece away from the inner end face of the magnetic jacket 24 when the magnet is not activated an air gap is created between the two end faces.
  • a magnetic disk 25 On the Hubverstellbolzen 8 side facing the magnetic jacket carries a magnetic disk 25 which is fixedly connected to the magnetic shell by, for example, screws or press-fitting and which closes the magnetic circuit from the magnetic jacket to the pressure piece out.
  • the outer surface of the rotationally symmetrical pressure piece is mounted axially displaceably in the magnetic disk 25 in a further bushing 27.
  • a Hubdeckel 28 is attached to the magnet jacket, which is shaped so that it keeps enough distance on the one hand to the magnet jacket and the pressure piece, not to hinder the movement of the pressure piece and on the other hand by the fan 43rd caused air flow directed specifically to the position sensor 36.
  • Adjustment, Hubverstellbolzen and push rod are arranged coaxially with the longitudinal axis 18.
  • the solenoid coil 2 is energized, the pressure piece 20 is moved to the compression spring, wherein the air gap narrows, at the same time the membrane is pressed into the dosing, with the result that in the dosing an overpressure arises, the exhaust valve 15, eg a spring-loaded ball valve, opens and the dosing medium is pressed into the dosing.
  • the magnet is deactivated, the pressure piece by the compressed compression spring 23, the e.g.
  • the metering medium in the metering line is formed.
  • the position of the unit of push rod 19, pressure piece 20 and diaphragm 13 is scanned by the position sensor 36, the measurement signal is in a defined relationship to this position; this relationship may be considered as possible execution e.g. be strictly proportional.
  • the measurement signal of the position sensor 36 always refers to the position of the part of the movable unit, where it acts. This point of attack is formed by the reference element, which in this context is to be understood in an abstract sense. Depending on the requirements of the position sensor, it may be designed as a concrete component to be mounted in addition, but also only from a characteristic embodiment, e.g. an edge or surface on any of the components required anyway, e.g. on the pressure piece 20, exist.
  • CCD charge coupled device
  • LED light emitting diode
  • the sensor carrier 31 connected to the magnetic jacket has a central opening 34, which is penetrated by the push rod 19.
  • On the sensor support 31 penetrating the push rod part is arranged as a reference element, a shadow body 35 fixed. In the oscillating movement of the push rod 19 so the shadow body 35 is taken and passes over the photosensitive cells 32 touchless.
  • the light source must be arranged so that the light beam on its way is not covered by the push rod 19 to the photosensitive cells; ie, that the light source 33 is disposed above or below the push rod 19 and the line of photosensitive Cells are opposite to the height of the axis of the push rod.
  • Fig. 5 which shows a view in the axial direction
  • This measuring device consisting of push rod-side shadow body and sensor carrier side light-sensitive CCD cells with opposite light source, serves to measure the actual position or the speed of the oscillating push rod and to use this information for the regulation of the movement.
  • the push rod which causes the diaphragm to oscillate, travels a distance each stroke equaling the mechanical stroke length.
  • the longitudinal extent of the photosensitive CCD cells must be slightly larger. In principle, this also applies to any other conceivable position sensor used.
  • the fixed part of the magnetic drive consists of the magnetic jacket 17 with magnetic coil 2 and the magnetic disk 25 each with inserted plain bearing bushes 26 and 27 for the unit of pressure piece 20 and push rod 19.
  • the movable part of the magnetic drive whose movement is to be regulated, consists of Push rod 19, with the pressure piece 20 as the drive element and the diaphragm core 30 are firmly connected.
  • the return spring 23 retrieves the pressure piece after a successful stroke and thus causes the suction.
  • the outer ring of the membrane 13 is fixedly mounted in the dosing head 12, the metal membrane core 30 injected in the membrane moves the central surface of the membrane as a displacement element in the dosing head.
  • the inlet valve 14 closes on the suction side, the outlet valve 15 on the pressure side of the dosing and offers each a connection option for the outer casing.
  • a reference element whose position is scanned by a non-contact in the present case position sensor 36.
  • the reference element is a shadow body 35 in the form of a disc and the position sensor is a light barrier-like arrangement consisting of the previously described light source 33 in cooperation with the series of photosensitive cells 32, which detects the position of the disc optically and thus without contact by their shadowing.
  • the position sensor 36 outputs an actual signal x 1 which is proportional to the position of the reference element 35.
  • this is derived in the embodiment by a differentiator 37 after the time (dx l / dt) and thus in addition a speed-proportional actual signal v l formed.
  • a time profile for the desired value 38 of the position x S or the speed v S is specified.
  • PID controller controller with proportional, integral and differential components.
  • Its output, the manipulated variable SG corresponds to a request value for the magnet current.
  • a position correction 41 takes into account the fact that as the position advances, the magnet requires less and less current for a required force, thereby improving the stability of the regulator.
  • the position correction 41 consists in subtracting a position-proportional component from the output signal of the PID controller 40 and results in a corrected manipulated variable KSG.
  • An amplifier 42 incorporates the power switching stages and drives the solenoid 2 with the desired current.
  • the amount of the position-dependent current correction, the conversion of the current setpoint into a specific magnet current and possibly the derivative constant for the formation of the velocity signal v l are determined by the three proportionality factors k1, k2, k3.
  • the factor for the position-dependent current correction k1 should be chosen so that the degree of current reduction is as close as possible to the course of the magnetic characteristic
  • the two factors k2 for the power amplifier and k3 for the derivation of the speed signal can be chosen on the basis of practical considerations, such as working with the most easily manageable value ranges of the associated quantities.
  • control loop for a position controller in Fig. 4, the control loop is shown schematically when used as a speed controller.
  • the described control circuit sets the predetermined time profile for the desired value of the position x s or the speed v s , of course within the scope of its possible control accuracy.
  • the membrane position can be controlled directly. This function makes it possible to selectively approach specific positions in selected dosing phases and, if necessary, to maintain them at standstill.
  • FIGS. 14 to 19 show, by way of example, oscillograms of the respective metering process.
  • the upper curve Pos in each case represents the membrane movement with a scaling of 0.5 mm / div. group; the end stop EPos is at the top of the diagram.
  • the rising part of the curve Pos corresponds to the metering stroke, the falling part to the suction.
  • the lower curve l M shows the associated magnetic current with a scaling of 1A / div .; the zero line l Mo is at the bottom of the diagram.
  • the designations "Pos”, “EPos", “l M “ and “l Mo " are shown by way of example in FIG. 14 and apply mutatis mutandis to the following diagrams in FIGS. 15 to 19, without being expressly mentioned there again to be.
  • the function of controlling the velocity of the membrane 13 can be used, in particular, for high viscosity media (e.g., lecithin) to limit flow losses in valves and other bottlenecks.
  • high flow rates have a negative influence on the dosing accuracy in such media by additional pressure losses due to flow resistance.
  • it is advantageous here if the limited speed allows more time for the defined opening and closing of the valves. Overall, both effects improve the dosing accuracy of highly viscous media.
  • the membrane velocity is kept limited to a selectable maximum value during the entire dosing process. This maximum speed depends, inter alia, on the viscosity of the specific medium to be metered and is to be selected by the operator or specified directly in the form of several predefined values adapted to common applications.
  • slightly outgassing media such as, for example, sodium hypochlorite
  • slightly outgassing media such as, for example, sodium hypochlorite
  • cavitation occur, which has increased wear.
  • Cavitation can be avoided by limiting the speed by regulation to values well below a critical flow velocity even during the suction, ie the return of the membrane 13.
  • a braking force of the magnet is counteracted by the regulation during the return movement of the force of the return spring 23, and the membrane velocity corresponding to the medium velocity is limited to, for example, 1 mm / 50 ms.
  • FIG. 15 shows the oscillogram of a dosing process with self-released suction, given otherwise identical settings.
  • the velocity is limited to a value of about 1 mm / 50 ms by appropriately driving the solenoid 2.
  • the control device prevents the membrane driven by the return spring 23 can move back faster than the said speed; the diagram shows the magnetic flux flow during the suction phase, which ensures this.
  • the driving of the magnet is omitted during the suction phase, here takes place during which no Magnetstromfluß instead. It results in phases a significantly higher speed, which may already result in cavitation.
  • the invention makes it possible to save the mechanical device for adjusting the stroke length (adjusting member 7 and Hubverstellbolzen 8).
  • the control device the desired stroke length electronically, eg by an operator input, communicated. If the desired stroke length has been carried out, the reached position of the diaphragm 13 is held electronically and this is subsequently retracted for aspiration.
  • the membrane can remain in the position corresponding to the desired stroke length for a short time in order to give the exhaust valve 15 sufficient time to close, or to retract immediately after the desired stroke length has been carried out.
  • 16 shows by way of example the oscillogram of a metering process with a stroke duration of 400 ms and nominal working pressure of 10 bar with an electronically limited stroke length of 0.9 mm.
  • the membrane does not fully move to the end stop at the top of the diagram, but stops after 0.9mm of movement and then carries out the suction process.
  • Dosing pumps according to the prior art often provide a mode in which the dosing strokes carried out over the set volume of the displacement chamber (stroke length) are converted directly into a metered total volume and this. is displayed as volume flow in the unit l / h.
  • stroke length the dosing strokes carried out over the set volume of the displacement chamber
  • the position of the Hubverstellinnate must be converted for this purpose in metering pumps of previous design by a separate sensor into an electrical signal and read into the controller.
  • An example of a practical realization would be a rotary encoder on Hubverstellorgan.
  • a motion-controlled metering pump does not need an additional sensor, as it can detect the actually worn membrane path during the stroke using the integrated position sensor.
  • the stroke length can be calculated directly and is available for further processing.
  • the metering medium is opened relatively abruptly when opening the exhaust valve, which has a high acceleration of the metering and a corresponding pressure peak result. Furthermore, the membrane and thus also the metering medium moves very fast in a magnetic metering pump of previous design, particularly in the last part of the lifting movement due to the decreasing air gap, which is associated with a hard abutment of the pressure piece and high instantaneous flow velocities or pressure peaks.
  • a motion controlled solenoid metering pump as described can avoid these negative effects by increasing the speed until the exhaust valve opens and just before it reaches the end stop deliberately lowered and the pressure piece dosed on the last stretch just before the stop is braked.
  • the O-ring 21 omitted or be dimensioned much smaller. In addition, this significantly reduces the running noise.
  • FIG. 17 shows by way of example the oscillogram of a dosing process with a stroke duration of 400 ms, a stroke length of 2 mm and nominal working pressure of 10 bar with a braked approach of the end stop.
  • the membrane velocity is reduced to a value of approx. 0.6mm / 50ms before reaching the end stop at the top of the diagram.
  • the movement corresponds to that previously shown in Fig. 17 with the difference that it refers to a situation at a particularly low working pressure.
  • the available time which results from the repetition frequency of the metering strokes, can be divided so that the portion remaining after deduction of the suction duration is utilized to a maximum for the forward movement, except for a short rest phase.
  • the speed to be controlled is calculated from the distance to be traveled (set stroke length) and the available time.
  • the degree of utilization of the available time depends on the one hand on the requirements of the dosing application, on the other hand on the possibilities of the cooling concept, which must dissipate the increased thermal power loss due to the almost uninterrupted magnetic control.
  • FIG. 18 shows, by way of example, the oscillogram of a metering operation with a stroke duration of 500 ms, a stroke length of 2 mm and nominal working pressure of 10 bar in the slow metering operating mode, here combined with slowed suction for protection against cavitation.
  • the total stroke time is changed from 500ms to a compression stroke of about 250ms and a suction of about 180ms, which together account for 430ms or 86% of the total stroke time; the remaining 70ms are used to define the movement phases.
  • motor pumps are used in the prior art, e.g. work with a stepper motor and a self-locking gearbox. A total stroke is performed reduced speed at these metering pumps or divided into several sub-steps with intermediate rest periods, at the end of the total stroke a complete (fast) suction phase is performed, and then continued the dosing in the manner described.
  • the invention makes it possible to meet these requirements with the simpler and thus more cost-effective design of a magnetic metering pump.
  • the membrane 13 must be guided in controlled operation at very low speed along the stroke, wherein at the stroke end also a complete suction at normal speed is performed, so that the total stroke time can be almost completely used for the pressure stroke.
  • the speed can be in a very wide range of e.g. 1 mm / min to 1 mm / s and beyond.
  • One possible embodiment may insert small rest periods between partial movements in which the membrane 13 is held in a constant position. This allows the exhaust valve 15 clearly defined states that are not at extremely slow, the stoppage approaching movement are given more, resulting in high demands on the exhaust valve 15.
  • the thermal load differs in this embodiment compared to the linear moving version practically not, since in both cases the working pressure a quasi-static magnetic force must be opposed.
  • Another possible embodiment can reduce the thermal load by the lifting movement is divided into small part movements as described above and in the intermediate stoppage phases, the membrane 13 is additionally reduced by a small discharge path to a pressure relief by clearly closing the exhaust valve 15 and concomitantly to achieve a reduced magnetic power demand during the stoppage phases.
  • the partial strokes are then each to supplement this discharge path, so that overall an unchanged stroke is covered.
  • the unloading path must be smaller than the (pressure-dependent) deformation path of the diaphragm to avoid partial suction during retraction between the sub-strokes, thus degrading accuracy.
  • This embodiment works advantageously in conjunction with the pressure compensation described below, since in this case the deformation of the membrane is measured during operation and the discharge path can be better adapted to the actual conditions.
  • the controller adjusts a solenoid current at all times that just covers the (time-varying) external forces.
  • This magnetic power requirement results on the one hand from the currently applied force and on the other hand from the resulting residual membrane gap between each residual air gap between the inner end face of the pressure piece 22 and the inner end face of the magnetic shell 24. It results in a characteristic current flow l M during Dosierhubs, as he in particular in Fig. 19 is shown.
  • the oscillogram shown there shows an example of the current profile with a stroke distributed over approx. 2.0 s over a stroke length of 2 mm and nominal working pressure of 10 bar. At the end of the stroke, a slower aspiration to protect against cavitation takes place, but this is not important for the following consideration.
  • the time scale of the diagram was adapted to the slower stroke.
  • the membrane deformation measured by observation of the magnetic current profile can now be used as the basis for a correction of the mechanical stroke length HL and included in the membrane path to be carried out.
  • the point of the current maximum is set as the actual starting point of the dosage, from which the desired stroke length is executed and the stroke is then stopped, even before the mechanical end stop is reached by impingement of the pressure piece 20 on the inner end face of the magnetic jacket 24.
  • the membrane deformation will be less and the last part of the possible mechanical path of the pressure pad will remain unused, i. the air gap is not completely closed.
  • the deformation of the membrane is i.a. Depending on material properties and can therefore change due to aging or will be subject to specimen spreads. These two aspects are taken into account by no predefined, derived from component parameters value is used for the correction of the membrane deformation, but at each stroke the specific conditions are re-measured by measurement.
  • the magnetic current can be detected by measurement, but this is not absolutely necessary. Since the amplifier 42 converts the corrected manipulated variable KSG as a magnetic current input according to the factor k2 into a magnetic coil current I M , the corrected manipulated variable KSG can be used directly as an image of the magnetic current, whereby this is used for further processing without additional measuring effort can be derived from already existing signals of the control device.
  • the above-described method for determining the deformation of the diaphragm due to its elasticity by observing the magnetic current waveform also enables an improvement in the accuracy of the partial lift operation.
  • the membrane deformation is compensated, as previously described, then the proportional error in the partial stroke operation is also eliminated, so that the metering pump is practically over the full usable adjustment range of the stroke length of e.g. 20% -100% can be operated without having to perform the previously necessary recalibrations, which in an unregulated metering pump with an adjustment of the stroke length by more than. 10% are necessary to ensure the specified metering accuracy.
  • Unregulated magnetic metering pumps according to the prior art have the fundamental property that the force that develops the drive magnet, in the course of the lifting movement by the decreasing air gap increases sharply.
  • the magnet current is sized so that the force at the point of approach, i. at the largest air gap, sufficient for the rated working pressure. At the end of the stroke a multiple of this force is applied. This has the consequence that the pump in case of faulty piping, e.g. in the case of accidentally closed shut-off devices, it is possible to develop a pressure which rises sharply above the maximum operating pressure, especially if it is operated in the partial stroke, that is to say with a reduced stroke length.
  • the position of the pressure piece and thus the length of the residual air gap can be determined at any time.
  • the controller can dynamically adjust the maximum current with which the controller can control the magnet in the course of Dosierhubs to the current membrane position, that the developed maximum force over the entire way remains approximately constant values limited.
  • the developed maximum pressure can be much more accurately and independently of the set Operahubin be limited, so that the use of additional pressure-limiting resources can be unnecessary in many cases.
  • the application of the invention moreover makes it possible that the control of the metering pump can obtain information on the overpressure state by independent measurements, so that a reaction to this state is possible without the involvement of external operating means, such as e.g. the generation of a message alarm and / or stopping the metering pump.
  • the achievable accuracy of these functions depends on the reproducibility of the underlying material properties, especially of the membrane. This accuracy can be increased by a single calibration in the production phase or in the actual application by the metering pump is operated at a known pressure and then for the further calculation, the ratio between this known pressure and the membrane deformation found in this case is used.
  • Magnetic metering pumps are often installed in a plastic housing in a splash-proof design in order to improve the insensitivity to aggressive chemicals in typical applications. In these cases, the task of controlled magnetic metering pumps is to ensure cooling solely by heat conduction through the housing wall without exchange of air.
  • the magnet is usually installed in the housing 1 in such a way that the magnet jacket 17 has heat-conducting contact with the housing 1 in the largest possible area of its surface; This contact can be improved, for example by encapsulation of the magnet in the manufacture of the housing.
  • the heat dissipation takes place in part through this interface from the magnetic sheath 17 to the inner wall of the housing 1.
  • the other part of the heat loss of the magnet is discharged together with the heat loss of other components in the interior of the housing to the inner housing air, which heats up accordingly.
  • This heat is also forwarded by convection to the inner wall of the housing, from where it is passed together with the directly coupled portion of the heat loss of the magnet through the wall of the housing 1 and ultimately discharged by convection from the outer wall of the housing 1 to the surrounding air , Due to the multiple interface transition exclusively by convection and the usually not very good thermal contact of the magnetic shell 17 to the housing 1, for example due to registration accuracy, Entformungsschräge the plastic housing, etc., the magnet is already very hot in unregulated operation according to the previous version; the temperature may be above 100 ° C, for example.
  • the outer wall of the housing is also very hot especially in the region above the magnet, which is usually absorbed by the design by means of housing ribs 3, which, inter alia, act as shock protection, in that only a small portion of the total surface, namely the upper part of the comb of the ribs, can be touched. Since the housing ribs 3 deliver significantly less heat to the skin when touched against a smooth surface, the case temperature is thus perceived as less hot. However, the formation of relatively narrow air channels obstructs the convection and worsens the ribs thus the heat dissipation of the housing, which further increases both the surface temperature and the internal temperature.
  • the conventional design of the heat removal due to the described problem, especially with slowly executed strokes, is not sufficient.
  • Fig. 13 the concept of cooling is shown in more detail.
  • the magnet is centered by a plurality of, in the described embodiment, three holding webs 50 installed so that the magnetic jacket 17 in a maximum range of its circumference and its end faces a clearance distance, for. of at least 5-10 mm to the housing 1 has.
  • control electronics 44 and a fan 43 is arranged so that the fan generates a circulating air flow 47, which flows around the magnetic sheath 17 and also to be cooled electronic power components 45.
  • the fan 43 may be part of the control electronics 44 or an independently mounted in the housing 1 component as in the embodiment described in detail. Of course, the fan can also be arranged elsewhere; It is important that the air circulation ensures that the amount of heat is dissipated by the heat as evenly as possible reaches all areas of the housing inner wall and thus uses them for heat dissipation. It is also conceivable that the fan is located outside the housing and is sealed to this.
  • the arrangement of the holding webs 50 and the space between the magnetic jacket 17 and the housing 1 form one or more flow channels, which deflect the air flow 47 as effectively and over a large area around the entire surface of the magnet and the air pass all parts of the inner wall of the housing 1.
  • the heat loss of the magnet is given in the embodiment much more effective than by convection alone to the inside air and passed through the intense turbulence just as well into the wall of the housing 1. It is also important here that, in contrast to the previous design not only mainly the area of the housing is heated, which is in contact with the magnet, but practically the entire surface of the housing is uniformly heated by application of the invention and thus heat dissipation to the surrounding air contributes.
  • the lifting cover 28 is designed so that it selectively passes a portion of the air flow 47 at the position sensor 36 and this part of the air flow via one or more outflow openings 46 the main air flow again. Due to the principle-based mounting of the position sensor 36 close to the (hot) magnet, the position sensor is exposed to particularly high temperatures. With passive cooling of the prior art, the magnet would be heated very high due to the poorer heat dissipation, and the position sensor 36 would in turn assume approximately the surface temperature of the magnet.
  • the temperature of the position sensor 36 is maintained approximately in the range of the inside air temperature, if care is taken in particular in the construction of the sensor carrier 31, that this sufficient thermal delimitation of the sensor elements (CCD receiver 32 and light source 33) ensures the metallic parts of the magnet.
  • CCD receiver 32 and light source 33 ensures the metallic parts of the magnet.
  • the shadow body 35 for scanning the position is attached to the extended push rod 19 whose shadow is imaged on the line of charge coupled device (CCD) cells 32.
  • CCD charge coupled device
  • the active sensor elements which are described in more detail in this exemplary embodiment and which detect the position are arranged on the side of the pressure piece facing away from the dosing head.
  • the light source 33 is an LED
  • the optical receiver is an electronic module with a CCD line 32, which are mounted here together on an intermediate part, the sensor carrier 31.
  • the mounting on the sensor carrier 31 makes it possible to treat the position sensor 36 in the production process as a separate assembly and e.g. pre-assembled and tested outside the final installation site.
  • the described photocell-like arrangement is a touch and thus wear-free working sensor.
  • the mounting location of the sensor is of no importance, the relevant determination can rather be made according to structural considerations such as space, assembly order, etc.
  • the parts described here as fixedly mounted (light source 33, receiver 32) and those moving together with the diaphragm (shadow body 35) can also change their function.
  • the CCD module 32 is driven by an evaluation unit which contains a microprocessor and generates the required control signals.
  • the evaluation unit can also be realized by a DSP (Digital Signal Processor) or in discrete technology.
  • each component is suitable, which has a sufficiently narrow confined spot. Together with the imaging geometry shown in more detail in FIG. 7, this determines the width of the shadow area SV, see FIG. also Fig. 8.
  • the light source 33 It is also possible to use a plurality of elements or a line emitter as the light source 33, with the aid of which the shadow profile SV can be specifically designed according to particular aspects. As an example, the achievement of a higher brightness, without affecting the image sharpness in the direction of movement.
  • the control signals which are generated by the evaluation unit determine the exposure time, during which the individual pixels of the CCD line 32 integrate the incident light in each case in a separate amplifier within the CCD chip and cache for later evaluation. This integration occurs not only over the exposure time, but also across the photosensitive area of each pixel. After the exposure, the brightness values belonging to the pixels are successively read out of the CCD module by further control signals as analog values and detected by the evaluation unit.
  • Exposure and readout of the brightness values take place alternately in the simple case.
  • some commercially available CCD line components also offer options for the simultaneous execution of both processes, by buffering the integrated measured values after the exposure and immediately releasing the integrators again for a subsequent measurement. By simultaneously reading out the results of a measurement run during the exposure phase for the subsequent passage, the measurement speed can be increased.
  • the integrated brightness values H are shown corresponding to the actual shadow profile in the area of the addressed pixels in the specific embodiment.
  • the shadow area SV extends over the pixels # 60 to # 63 in this example.
  • a decision threshold H v (shown in Figure 8 as the dashed line.) Arbitrarily set at, for example half the maximum brightness and searched for the one pixel whose brightness value H, first, the threshold below the shadow transition H v; in the example this would be Pixel # 62.
  • the brightness profile may be in opposite directions from unlit to illuminated CCD cells with increasing pixel number; On the one hand, this depends on the arrangement of the elements light source 33, CCD module 32 and shadow body 35 and on the other hand on the internal organization of the CCD 32 used. In this case, the pixel whose brightness value at the shadow transition first exceeds the threshold is searched for.
  • a position value is available.
  • the total time requirement of the three phases determines the repetition rate at which position values are obtained.
  • the measurement resolution is equal to the pixel pitch R of the CCD line, corrected by the imaging ratio A, which results from the mounting distance with the individual components.
  • the imaging ratio A is calculated to be 1.065.
  • This deviation can easily be eliminated by a one-time calibration, eg during production.
  • the linearity is determined almost exclusively by the accuracy of the pixel grid within the chip geometry, deviations are thus negligible.
  • a positional resolution is achieved, eg between pixels 61 and 62 (see Fig. 10), which is finer than the pixel raster R by interpolating the brightness values of the pixels in the region of the decision threshold.
  • the goal is to determine the point at which the brightness curve intersects the decision threshold H V and to assign this point of intersection a value on a virtual position scale whose x-values in the middle of the pixel correspond exactly to the pixel number.
  • the distances .DELTA.x calculated from the respective center axis of each of the two adjacent pixels, in this example pixels # 61 and # 62, in multiples of the pixel width to the intersection form the following relationship with the brightness distances .DELTA.H relative to the pixel # 61 to the left of the searched intersection (left-side neighboring pixel):
  • Ax I / ( ⁇ ⁇ x I + Ax r ) AH I / ( ⁇ ⁇ H I + AH r )
  • the intersection is 61.7. If the brightness progression in the interpolation range follows an ideal straight line, then both calculation paths lead to the same result, so it is basically sufficient to carry out one of the two calculations. However, with this property, error contributions can be minimized by a not exactly straight brightness curve in the considered transition range or by always expected measurement inaccuracies, for example by performing both calculations and averaging their results.
  • the conditions on both sides of the point of intersection with respect to unlit and illuminated CCD cells can be reversed; In this case, the direction information on the left and right, if necessary, change their function and the interpolation equations must be adapted accordingly.
  • the brightness values of more than two pixels are used for the calculation.
  • the position can then be determined by redundant multiple calculation and e.g. Averaging several results are formed.
  • a different linear interpolation than shown here or an interpolation with the data other than the direct neighbor pixels can be used.
  • Deviations and displacements of linear parameters affect the result only within the interpolation range.
  • the steepness of the brightness gradient in the shadow transition resulting from the sharpness of the image of the shadow edge on the CCD plane, is of subordinate importance since it does not affect the interpolation within wide limits; only the linearity of the brightness curve is decisive for the accuracy of the interpolation.
  • Magnetic design according to the criteria normally used in magnetic dosing pumps is only of limited use for motion-controlled operation without modifications. In order to enable controllability in a wide range at all, it is essential to be able to react to the natural movements of the mechanical components even in the worst case with at least as fast magnetic current changes.
  • the magnet is to be suitable for controlling the course of motion, a significantly lower number of turns must be selected so that the magnetic current can be influenced in a shorter time.
  • the reduction factor of the number of turns (N) has an approximately quadratic effect on resistance and inductance, as a result of which the current slew rate increases with unchanged voltage in the ratio N 2 .
  • the power requirement for a given magnetic force also increases in the ratio N, so that overall an effective reduction of the time until reaching the working current by a factor of N is achieved.
  • the ability to control can in particular be exploited to slow down the natural movement. This results in a temporal extension of the magnetic current flow I M up to almost continuous operation, thereby increasing the resulting loss energy per stroke. Depending on which of the described functions are implemented, this can cause a considerable increase in the dissipated heat loss. Depending on the extent of this increase, a thermal design according to extended criteria with changes in the mechanical structure necessary, which allow increased heat dissipation. The increased and longer-flowing working current I M of the magnet must also be taken into account by more dimensioned components 45 in the control electronics 44.

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Abstract

The pump has a thrust member (20) fixed to a connecting rod (19), where the member is axially movable in a longitudinal axis in a magnet shroud (17). A magnetizing coil magnetizes a magnet in the shroud, for drawing the thrust member and the rod into the shroud against the force of a recuperating spring (23), so as to make an air gap between the member and the shroud small. A control device influences an actual stroke path executed during a forward motion of the thrust member independent of a measured dead region due to the elastic deformation of a diaphragm (13) connected to the rod.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetdosierpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a magnetic metering pump according to the preamble of claim 1.

Derartige Magnetdosierpumpen sind allgemein bekannt und werden durch Zusatzeinrichtungen den jeweiligen Anforderungen angepasst. Sie arbeiten nach dem volumetrischen Prinzip, bei dem der Dosiervorgang aus dem Transport eines abgeschlossenen Kammervolumens besteht. Das Dosiervolumen pro Hub entspricht dabei der Volumendifferenz der Membranbewegung.Such magnetic metering pumps are well known and are adapted by additional devices to the respective requirements. They work according to the volumetric principle, in which the dosing process consists of the transport of a sealed chamber volume. The dosing volume per stroke corresponds to the volume difference of the membrane movement.

Bei einer solchen Magnetdosierpumpe wird in einem feststehenden Magnetmantel ein bewegliches Druckstück so gelagert, dass es bei elektrischer Ansteuerung der Magnetspule in den Magnetmantel hineingezogen wird und dabei seinen Luftspalt verkürzt und nach Abschalten der elektrischen Ansteuerung durch eine Rückholfeder wieder in seine Ausgangslage zurückgeschoben wird. Fest mit dem Druckstück verbunden ist eine Schubstange, die die Bewegung und die Kraft auf die Dosiermembran überträgt.In such a Magnetdosierpumpe a movable pressure piece is mounted so that it is drawn in electrical control of the magnetic coil in the magnetic sheath while shortening its air gap and is pushed back after switching off the electrical control by a return spring back to its original position in a fixed magnetic jacket. Fixedly connected to the pressure piece is a push rod which transmits the movement and the force to the metering diaphragm.

Im einfachen Fall wird der Hubmagnet zum Ausführen eines Dosierhubs für eine bestimmte Zeit eingeschaltet. Andere Ausführungen prägen der Magnetspule einen geregelten Stromverlauf nach einem vorgegebenen zeitlichen Profil ein, wodurch die Magnetkraft und damit die Dosierleistung besser reproduzierbar und unabhängig von elektrischen Parametern wie z.B. der aktuellen Höhe der Netzspannung wird.In the simple case, the solenoid is turned on to perform a Dosierhubs for a certain time. Other embodiments impose a regulated current profile on the magnetic coil according to a predetermined time profile, as a result of which the magnetic force and thus the dosing output are more reproducible and independent of electrical parameters, such as, for example. the current level of mains voltage.

Die Hubfrequenz wird durch die Folgefrequenz der elektrischen Ansteuerpulse vorgegeben. Die Hublänge kann z.B. durch eine mechanisch verstellbare Spindel verändert werden, die den Startpunkt der Hubbewegung vorgibt; die Endlage ergibt sich bei vollständig angezogenem Magnet. Eine mögliche Ausführung ist, einen Hubverstellbolzen mit von der Gerätebedienseite zugänglichem Drehknopf und Skala in ein Gewinde eines Hubdeckels einzuschrauben, welcher seinerseits rückseitig am Magnetmantel befestigt ist bzw. dessen Lage unveränderlich in bezug auf den Magnetmantel ist.The stroke frequency is specified by the repetition frequency of the electrical drive pulses. The stroke length may e.g. be changed by a mechanically adjustable spindle, which sets the starting point of the lifting movement; the end position results when the magnet is fully tightened. A possible embodiment is to screw a Hubverstellbolzen accessible from the device operating side knob and scale in a thread of a Hubdeckels, which in turn is attached to the back of the magnetic jacket and whose position is invariable with respect to the magnetic jacket.

Der Bewegungsablauf der Membran ergibt sich aus dem Zusammenspiel der wirksamen Kräfte. Nach dem Einschalten steigt zunächst durch die Selbstinduktion gebremst der Magnetstrom und damit die erzeugte Kraft an; wird die durch die Membran und die Rückholfeder auf die Schubstange wirkende Kraft überwunden, setzt sich das Druckstück in Bewegung. Der Luftspalt verringert sich mit fortschreitendem Weg, die Magnetkraft steigt entsprechend weiter an. Es ergibt sich eine schnell beschleunigte Bewegung mit hartem Anschlagen des Druckstücks am Mantel, lediglich gedämpft durch einen üblicherweise vorhandenen Dämpfungsring (O-Ring). Die gesamte Bewegung spielt sich in wenigen Millisekunden ab, daraus resultieren sehr hohe Momentangeschwindigkeiten des Dosiermediums und hohe Druckspitzen bis zum Doppelten des Arbeitsdrucks und darüber.The movement of the membrane results from the interaction of the effective forces. After switching on, the magnet current, and thus the generated force, first increases due to self-induction. is the through the diaphragm and the return spring on the push rod overcome the effective force, sets the pressure piece in motion. The air gap decreases as the path progresses, the magnetic force continues to increase accordingly. The result is a fast accelerated movement with hard abutment of the pressure piece on the jacket, only damped by a usually existing damping ring (O-ring). The entire movement takes place within a few milliseconds, resulting in very high instantaneous speeds of the metering medium and high pressure peaks up to twice the working pressure and above.

Die Membran ist nicht starr, sondern verformt sich im Walkbereich elastisch um einen bestimmten Betrag, wenn der Druck des Dosiermediums auf sie einwirkt. Der Betrag dieser Verformung geht der effektiv ausgeführten Hubbewegung verloren und führt dazu, dass die Dosiermenge bei zunehmendem Arbeitsdruck abnimmt. Diese fallende Charakteristik ist in normalen Anwendungen deutlich stärker ausgeprägt als es die geforderte Dosiergenauigkeit zulassen würde. Magnetdosierpumpen können daher üblicherweise nicht in einer allgemeinen Einstellung über einen weiten Bereich des Arbeitsdrucks mit der gewünschten Genauigkeit betrieben werden; vielmehr wird der auftretende Fehler durch eine Kalibriermessung erfasst und in die weiteren Berechnungen mit einbezogen. Diese Kalibriermessung muss jedoch in der konkreten Anwendung unter realen Arbeitsbedingungen erfolgen und ist insbesondere in Verbindung mit aggressiven Chemikalien ein Arbeitsschritt, der erheblichen Aufwand mit sich bringt.The membrane is not rigid, but deforms elastically in the flexing area by a certain amount when the pressure of the metering medium acts on them. The amount of this deformation is lost to the effectively executed lifting movement and causes the dosage decreases with increasing working pressure. This falling characteristic is much more pronounced in normal applications than the required dosing accuracy would permit. Magnetic metering pumps therefore usually can not be operated in a general setting over a wide range of working pressure with the desired accuracy; rather, the occurring error is detected by a calibration measurement and included in the further calculations. However, this calibration measurement must be carried out under actual working conditions in the specific application and is, especially in connection with aggressive chemicals, a work step which entails considerable expense.

Der derzeit allgemein übliche Magnetantrieb kommt zwar mit wenigen einfachen Teilen aus und ist dementsprechend günstig in der Herstellung, bleibt aber auf relativ geringe Leistungen beschränkt und hat Nachteile in bezug auf die hydraulischen Eigenschaften des Dosiervorgangs gegenüber einer Pumpe mit Motorantrieb. Der Motorantrieb z.B. mittels Getriebe oder Exzenter ist leistungsfähiger und hat für viele Prozesse günstigere Dosiereigenschaften, ist aber wesentlich aufwendiger zu produzieren.Although the currently widely used magnetic drive can handle a few simple parts and is therefore inexpensive to manufacture, it remains limited to relatively low powers and has drawbacks with respect to the hydraulic properties of the dosing operation over a motor-driven pump. The motor drive e.g. by means of gear or eccentric is more efficient and has more favorable dosing properties for many processes, but is much more expensive to produce.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere, die bekannten Nachteile in bezug auf die hydraulischen Eigenschaften des Dosiervorgangs zu beseitigen und dadurch einen variablen, größeren Einsatzbereich der Magnetdosierpumpen zu erzielen, ohne deren Vorteile, nämlich die einfache und preiswerte Herstellung, negativ zu beeinflussen. Weiterhin soll der Bewegungsvorgang des Druckstückes und der damit verbundenen Schubstange so den Soll-Angaben angepasst werden, dass sowohl der Dosiervorgang selbst einstellbar ist, als auch die durch Fertigungstechnik oder die Eigenschaft der elastischen Membrane entstehenden Fehler durch die Regelung berücksichtigbar und behebbar sind. Der Positionsgeber soll so gestaltet sein, dass Fertigungs- und/oder in der Nutzung auftretende Ungenauigkeiten bezüglich der Positionsmessung durch die eingesetzte Elektronik ausgleichbar sind.The object of the present invention is in particular to eliminate the known disadvantages with respect to the hydraulic properties of the dosing process and thereby to achieve a variable, wider range of application of the magnetic metering pumps, without negatively affecting their advantages, namely the simple and inexpensive production. Furthermore, the movement process of the pressure piece and the associated push rod should be adapted to the desired information that both the dosing itself is adjustable, as well as resulting from manufacturing technology or the property of the elastic membrane errors are taken into account by the scheme and can be corrected. The position sensor should be designed so that manufacturing and / or occurring inaccuracies in the position measurement can be compensated by the electronics used.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß mit der Einheit aus Druckstück und Schubstange ein Bezugselement verbunden ist, dessen Position von einem Positionssensor abgetastet wird, wobei der Positionssensor ein Ist-Signal abgibt, welches zur Position des Bezugselements in einer festen Beziehung steht und das über einen Regelkreis im Rahmen seiner Regelgenauigkeit die Bewegung der Einheit aus Druckstück und Schubstange so beeinflußt, daß sie einem vorgegebenen Sollwertprofil folgt.The solution of the problem is that with the unit of pressure piece and push rod, a reference element is connected, the position of which is scanned by a position sensor, wherein the position sensor outputs an actual signal which is in a fixed relationship to the position of the reference element and about a control loop as part of its control accuracy, the movement of the unit of pressure piece and push rod so influenced that it follows a predetermined setpoint profile.

Mit Hilfe der Regeleinrichtung und des Positionssensors wird die Bewegung des Druckstücks mit der Schubstange erfaßt und entsprechend einem vorgegebenen Bewegungsprofil geführt. Hierzu ermittelt die Regeleinrichtung ausgehend von den Rahmenbedingungen den jeweils geeigneten Bewegungsablauf als Vorgabe und regelt den tatsächlichen, anhand der Meßwerte des Positionssensors festgestellten Bewegungsablauf mithilfe einer Beeinflussung des Magnetspulenstroms so, daß er der Vorgabe möglichst gut folgt, so daß die sonst z.B. durch die Eigenschaften der Membran entstehenden Ungenauigkeiten eliminiert werden.With the help of the control device and the position sensor, the movement of the pressure piece is detected with the push rod and guided according to a predetermined motion profile. For this purpose, the control device determines, on the basis of the boundary conditions, the respectively suitable sequence of movements as a default and regulates the actual movement determined by the measured values of the position sensor by influencing the magnetic coil current in such a way that it follows the specification as well as possible, so that otherwise e.g. be eliminated by the properties of the membrane resulting inaccuracies.

Arbeitet der Positionssensor nach einem berührungsfreien Prinzip, wird ein verschleißfreier Betrieb des Sensors sichergestellt, was angesichts der hohen Anzahl von Hüben während der Lebensdauer einer Dosierpumpe vorteilhaft und letztlich erforderlich ist.If the position sensor operates according to a non-contact principle, a wear-free operation of the sensor is ensured, which is advantageous and ultimately necessary in view of the high number of strokes during the life of a metering pump.

Ist das mit der Schubstange verbundene Positionselement an dem dem Dosierkopf abgewandten Ende und außerhalb des Dosierkopfes angeordnet, wird damit eine größere Flexibilität bezüglich des Montageraums für den Positionssensor erreicht.If the position element connected to the push rod is arranged at the end facing away from the dosing head and outside the dosing head, greater flexibility is achieved with respect to the mounting space for the position sensor.

Beeinflußt das Bezugselement den Strahlengang einer Lichtquelle und arbeitet der mit ihm zusammenwirkende Positionssensor, der am Magnetmantel angeordnet ist, nach einem lichtempfindlichen Empfängerprinzip, ist zum einen ein verschleißfreier Betrieb sichergestellt, wie er angesichts der hohen Anzahl von Hüben während der Lebensdauer einer Dosierpumpe unerläßlich ist, und die bewegten Teile werden berührungsfrei abgetastet. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, daß eine derartige Ausbildung eines Positionssensors prinzipiell unempfindlich gegenüber magnetischen Streufeldern ist, die beim Betrieb des Sensors nahe am Magneten nicht zu vermeiden sind.If the reference element influences the beam path of a light source and the position sensor cooperating with it, which is arranged on the magnet jacket, works according to a photosensitive receiver principle, wear-free operation is ensured on the one hand, which is indispensable in view of the high number of strokes during the lifetime of a metering pump, and the moving parts are scanned without contact. Another advantage of this arrangement is that such a design of a position sensor is in principle insensitive to stray magnetic fields, which are not to be avoided when operating the sensor close to the magnet.

Ist das Bezugselement ein Schattenkörper bzw. eine schattengebende Kontur und besteht der mit ihm zusammenwirkende Positionssensor, der am Magnetmantel angeordnet ist, aus einer Reihe lichtempfindlicher ladungsgekoppelter Empfängerzellen, hat eine derartige Anordnung auf optischer Basis wichtige Eigenschaften, die der Positionssensor erfüllen muß. Zum einen arbeitet die Anordnung aufgrund des optischen Funktionsprinzips verschleißfrei und ist unempfindlich gegenüber magnetischen Streufeldern, zum anderen weist ein derartig ausgebildeter Sensor praktisch keinen Linearitätsfehler auf.If the reference element is a shadow body or a shadowing contour and if the position sensor interacting with it, which is arranged on the magnet jacket, consists of a row of photosensitive charge-coupled receiver cells, such an arrangement has an optical design Basic important properties that the position sensor must meet. On the one hand, the arrangement works wear-free due to the optical principle of operation and is insensitive to stray magnetic fields, on the other hand, such a trained sensor has virtually no linearity error.

Ist der Positionssensor weiterhin auf einem eigenen Sensorträger angeordnet, der mit dem Magnetmantel fest verbunden ist, kann eine solche Anordnung als Baueinheit vormontiert und geprüft werden und erleichtert so die Montage. Wird der Sensorträger als Teil aus nicht nichtleitendem Kunststoff ausgeführt, wird dadurch zusätzlich die elektrische Isolation der Sensorbauteile gegen den Magnetmantel vereinfacht.If the position sensor continues to be arranged on its own sensor carrier, which is firmly connected to the magnet sheath, such an arrangement can be pre-assembled and tested as a structural unit and thus facilitates the assembly. If the sensor carrier is designed as a part made of non-conductive plastic, this additionally simplifies the electrical insulation of the sensor components against the magnet sheath.

Stellen das Positionselement, der Schattenkörper bzw. die schattengebende Kontur und der Positionssensor eine lichtschrankenähnliche Anordnung dar und werden die Messwerte kontinuierlich oder taktweise dem Regelkreis zugeführt, stellt eine solche Anordnung dem Regelkreis mit einer den Anforderungen gerechten Geschwindigkeit die Positionsdaten zur Verfügung.If the position element, the shadow body or the shadowing contour and the position sensor represent a light barrier-like arrangement and the measured values are fed continuously or intermittently to the control loop, such an arrangement provides the position data to the control loop at a speed that is commensurate with the requirements.

Besteht der Positionssensor aus einer Anzahl linear angeordneter Empfänger (Pixels), vorzugsweise 128 Pixels, so kann eine solche Anordnung auf einfache Weise die Position durch Auszählen der Schattengrenze zwischen beleuchteten und unbeleuchteten Zellen ermitteln und erreicht bereits mit dieser einfachen Methode eine Auflösung entsprechend dem Abstand der Zellen des verwendeten Empfängerbausteins.If the position sensor consists of a number of linearly arranged receivers (pixels), preferably 128 pixels, such an arrangement can easily determine the position by counting the shadow boundary between illuminated and unlit cells and achieves a resolution according to the distance of the Cells of the receiver module used.

Ist die Lichtquelle eine Leuchtdiode (LED), die so gegenüber dem Positionssensor angeordnet ist, dass deren Lichtstrahlenbündel auf dem direkten Weg zum Empfänger durch die Schubstange nicht behindert wird, hat dies den Vorteil, daß die preiswerte LED einen annähernd punktförmigen Leuchtfleck besitzt, der für eine hohe optische Auflösung unerläßlich ist, und praktisch eine nahezu unendliche Lebensdauer aufweist. Die Anordnung gegenüber dem Positionssensor an der Schubstange vorbei ergibt einen großen Abstand zwischen Lichtquelle und Empfänger, der den Projektionswinkel des relevanten Lichtstrahls relativ unabhängig von der Montageposition der Elemente macht.If the light source is a light-emitting diode (LED) arranged opposite the position sensor so that its light beam is not hindered by the push rod on the direct route to the receiver, this has the advantage that the inexpensive LED has an approximately punctiform spot that is suitable for a high optical resolution is essential, and practically has an almost infinite life. The arrangement opposite the position sensor past the push rod results in a large distance between the light source and the receiver, which makes the projection angle of the relevant light beam relatively independent of the mounting position of the elements.

Wird der Ausgangswert des Positionssensors (36) durch Interpolation der Helligkeitswerte mehrerer im Schattenübergangsbereich liegender Pixels gebildet, so wird für das Ausgangssignal des Positionssensors eine feinere Auflösung erreicht, als sie durch das mechanische Raster der Zellen des CCD-Empfängers vorgegeben ist.If the output value of the position sensor (36) is formed by interpolating the brightness values of a plurality of pixels lying in the shadow transition region, a finer resolution is achieved for the output signal of the position sensor than predetermined by the mechanical grid of the cells of the CCD receiver.

Werden bei der Verarbeitung der Signale des Positionssensors Filtermaßnahmen eingesetzt, so wird die Störimmunität des Positionssensors verbessert.If filter measures are used during the processing of the signals of the position sensor, then the interference immunity of the position sensor is improved.

Die Empfindlichkeit des Positionssensors gegenüber Montageabweichungen und mechanische Verschiebungen während des Betriebs, z.B. durch Erwärmung oder Lagerverschleiß, wird verringert, wenn Nulllagefehler des Positionssensors mittels eines Referenzspeichers bzw. Skalierungsfehler des Positionssensors durch Anfahren einer oder mehrerer Referenzpositionen eliminiert werden.The sensitivity of the position sensor to assembly deviations and mechanical displacements during operation, e.g. due to heating or bearing wear is reduced if zero position errors of the position sensor are eliminated by means of a reference memory or scaling error of the position sensor by approaching one or more reference positions.

Werden Belichtungsschwankungen des Positionssensors durch eine Steuerung oder Regelung der Lichtquelle anhand der gewonnenen Helligkeitswerte der Pixels ausgeglichen, verringert dies die Empfindlichkeit des Positionssensors gegenüber Schwankungen von Bauteileparametern.If exposure fluctuations of the position sensor are compensated for by control of the light source based on the obtained brightness values of the pixels, this reduces the sensitivity of the position sensor to variations in component parameters.

Werden Helligkeitsschwankungen zwischen einzelnen Pixels des durch Einbeziehen eines Referenzspeichers für die Empfindlichkeit jedes Pixels kompensiert, verringert dies die Auswirkungen von Verschmutzungen des optischen Empfängers.Compensating for brightness variations between individual pixels by including a reference memory for the sensitivity of each pixel reduces the effects of contamination of the optical receiver.

Wird das aus dem Positionssensor ausgelesene Signal in einer Regeleinrichtung weiterverarbeitet und mit einer Sollwertvorgabe verglichen, wobei die Regeleinrichtung den Stromfluss zur Magnetspule beeinflusst und so eine Korrektur des Bewegungsablaufes herbeiführt, kann diese gezielte Beeinflußbarkeit der Membranbewegung zum Erreichen bzw. zur Verbesserung vorteilhafter hydraulischer Eigenschaften der Dosierung, z.B. bei der Langsamdosierung, der Druckkompensation und/oder der Dosiergenauigkeit im Teilhubbereich, ausgenutzt werden.If the signal read out from the position sensor is further processed in a control device and compared with a setpoint input, the control device influencing the current flow to the magnetic coil and thus bringing about a correction of the motion sequence, this targeted influenceability of the membrane movement can achieve or improve advantageous hydraulic properties of the dosing , eg be used in the slow dosing, the pressure compensation and / or the dosing accuracy in Teilhubbereich.

Beeinflusst die Regeleinrichtung alternativ die Position, die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung des Druckstücks über eine Regeleinrichtung durch Veränderung des Spulenstroms, können passend zu den Anforderungen einer konkreten Dosieraufgabe gezielt die Vorteile der jeweils geeigneteren Regelmethode genutzt werden. Eine Regelung der Membrangeschwindigkeit erlaubt eine direkte Kontrolle der tatsächlichen Fließgeschwindigkeit des Dosiermediums, die z.B. für das verlangsamte Ansaugen zum Vermeiden von Kavitation erforderlich ist. Eine Regelung der Membranposition erlaubt hingegen Situationen nahe des Stillstands zu kontrollieren, bei denen die Geschwindigkeitsinformationen, die durch Differenzieren des Wegsignals gebildet werden, sehr klein werden und durch die Regeleinrichtung nicht mehr sinnvoll verarbeitet werden können. Die Regelung der Membranposition umgeht diese Schwierigkeit und ist z.B. bei der elektronischen Hublängenbegrenzung oder der Langsamdosierung vorteilhaft anzuwenden. Die Regelung der Beschleunigung der Membran ist vorteilhaft für eine leichte Beherrschbarkeit der Regelung, da die Beschleunigung der bewegten Massen ein direktes Abbild der Magnetkraft und damit indirekt des Magnetstroms darstellt.If the control device alternatively influences the position, the speed or the acceleration of the pressure element via a control device by changing the coil current, the advantages of the respectively more suitable control method can be used specifically to suit the requirements of a specific dosing task. A control of the membrane velocity allows a direct control of the actual flow rate of the dosing medium, which is required, for example, for the slower suction to avoid cavitation. On the other hand, regulation of the diaphragm position makes it possible to control situations near standstill, in which the speed information which is formed by differentiating the path signal becomes very small and can no longer be usefully processed by the control device. The control of the membrane position avoids this difficulty and is advantageous to apply for example in the electronic stroke length limitation or slow dosing. The regulation of the acceleration of the diaphragm is advantageous for easy controllability of the control, since the acceleration of the moving masses represents a direct image of the magnetic force and thus indirectly the magnetic current.

Setzt die Regeleinrichtung die Geschwindigkeit des Druckstücks in der Ansaugphase und/oder in der Druckphase gezielt herab, so wird damit Druckverlusten, die durch Strömungswiderstände verursacht werden, bzw. dem Entstehen von Kavitation entgegengewirkt. Bei der Dosierung hochviskoser Medien, z.B. von Lecithin, entstehen an Engstellen wie z.B. in den Ventilen bei zu hoher Strömungsgeschwindigkeit hohe Druckverluste. Diese Druckverluste müssen in Form einer zusätzlichen Kraft durch den Antrieb aufgebracht werden und können bei Anwendung der Regelung der Membrangeschwindigkeit niedrig gehalten werden. Zusätzlich werden Fließgeräusche bei herabgesetzter Strömungsgeschwindigkeit wirksam verringert. Bei der Dosierung leicht ausgasender Medien, z.B. von Chlorbleichlauge, tritt insbesondere während des Ansaugens bei zu hoher Strömungsgeschwindigkeit durch Unterschreiten des Dampfdrucks des Dosiermediums Kavitation auf, die erhöhten mechanischen Verschleiß zur Folge hat. Bei einer Regelung der Membrangeschwindigkeit in der Ansaugphase und/oder in der Druckphase wird dies vorteilhaft vermieden.If the control device deliberately lowers the speed of the pressure piece in the suction phase and / or in the pressure phase, pressure losses caused by flow resistance or the occurrence of cavitation are thus counteracted. When dosing high viscosity media, e.g. of lecithin, arise at bottlenecks such as in the valves at high flow velocity high pressure losses. These pressure losses must be applied in the form of an additional force by the drive and can be kept low when using the control of the membrane speed. In addition, flow noise is effectively reduced at reduced flow rate. When dosing slightly outgassing media, e.g. of sodium hypochlorite, especially during the suction at too high flow velocity by falling below the vapor pressure of the metering medium cavitation occurs, which has increased mechanical wear. In a regulation of the membrane velocity in the intake phase and / or in the pressure phase, this is advantageously avoided.

Wird die gewünschte Hublänge durch eine Bedienervorgabe der Regeleinrichtung mitgeteilt und durch die Regeleinrichtung die Bewegung des Druckstücks durch entsprechendes Ansteuern der Magnetspule elektronisch auf die auszuführende Hublänge begrenzt, können grundsätzlich die zugehörigen mechanischen Einstellelemente entfallen. Wird die Bewegung des Druckstücks auch bei maximaler Hublänge elektronisch begrenzt, ohne den mechanischen Anschlag zu erreichen, kann grundsätzlich auch der O-Ring zur Dämpfung entfallen.If the desired stroke length is communicated by an operator input of the control device and the control device limits the movement of the pressure piece by correspondingly activating the magnetic coil electronically to the stroke length to be executed, the associated mechanical adjustment elements can basically be dispensed with. If the movement of the pressure piece is limited electronically even at maximum stroke length, without reaching the mechanical stop, in principle, the O-ring for damping can be omitted.

Erfolgt die Erkennung, auf welchen Wert die Hubverstellung eingestellt ist, durch Messung während der Dosierung unmittelbar über den Positionssensor, kann der ansonsten zusätzlich notwendige Sensor für die mechanische Stellung der zugehörigen Einstellelemente entfallen.If the detection to which value the stroke adjustment is set, by measurement during the dosage directly above the position sensor, the otherwise necessary additional sensor for the mechanical position of the associated adjustment elements can be omitted.

Begrenzt die Regeleinrichtung die Geschwindigkeit des Druckstücks am Anfang und/oder am Ende der Druckphase, also z.B. im ersten bzw. im letzten Drittel des Hubwegs, durch Ansteuern der Magnetspule, so dass Druckspitzen, die durch schnelle Geschwindigkeitsänderungen des Dosiermediumsstroms bzw. durch hartes Anfahren des mechanischen Anschlages entstehen würden, vermieden werden, können ansonsten notwendige zusätzliche Betriebsmittel wie z.B. Pulsationsdämpfer entfallen.Limits the controller, the speed of the pressure piece at the beginning and / or end of the printing phase, eg in the first or in the last third of the stroke, by driving the solenoid, so that pressure peaks caused by rapid changes in speed of Dosiermediumsstroms or by hard start of the mechanical stop would occur, can be omitted, otherwise necessary additional resources such as Pulsationsdämpfer omitted.

Begrenzt die Regeleinrichtung die Geschwindigkeit des Druckstücks am Ende der Druckphase durch Ansteuern der Magnetspule, so dass der Effekt der Überförderung vermieden wird, wird die Dosiergenauigkeit insbesondere bei geringem Gegendruck erheblich verbessert.Limits the control device, the speed of the pressure piece at the end of the printing phase by driving the solenoid, so that the effect of over-promotion is avoided, the dosing accuracy is significantly improved, especially at low back pressure.

Verteilt die Regeleinrichtung die Vorwärtsbewegung des Druckstücks während der Druckphase durch Ansteuern der Magnetspule so auf die durch die Folgefrequenz der Dosierhübe vorgegebene Zeit, dass die Ausbringung des Dosiermediums möglichst gleichmäßig erfolgt, bis hin zu sehr langsam ausgeführten Dosierhüben von z.B. einigen Minuten, können Konzentrationsschwankungen des Dosiermediums weitgehend vermieden werden.Distributes the control device, the forward movement of the pressure member during the printing phase by driving the solenoid to the predetermined by the repetition frequency of Dosierhübe time that the application of the metering medium as evenly as possible, up to very slowly running Dosierhüben of e.g. a few minutes, concentration fluctuations of the dosing medium can be largely avoided.

Rechnet die Regeleinrichtung im Betrieb bei quasi kontinuierlicher Dosierung, also ohne wesentliche Ruhepause zwischen Ansaugen und folgendem Dosierhub, die Hubbewegung auf einen Betrieb mit reduzierter Hublänge und erhöhter Hubfrequenz unter annähernder Beibehaltung der Membrangeschwindigkeit im Dosierhub um, so daß sich im zeitlichen Mittel die gewünschte Dosierleistung ergibt, und beendet sie das Ansaugen durch Ansteuern der Magnetspule, bevor das Druckstück durch die Rückholfeder ganz an den vorderen mechanischen (Ruhe-) Anschlag geschoben wurde, so dass die Bewegung des Druckstücks nur in dem Bereich des Hubweges stattfindet, in dem der Luftspalt und damit der Magnetstrombedarf klein ist, wird im zeitlichen Mittel eine Verringerung der erforderlichen elektrischen Antriebsleistung und der entstehenden Verlustwärme erreicht.Calculates the control device in operation at quasi-continuous dosage, ie without significant rest period between suction and the following Dosierhub, the lifting movement to operate with reduced stroke length and increased stroke frequency under approximate retention of the membrane speed in Dosierhub, so that the desired dosing results in time average , And it ends the suction by driving the solenoid before the pressure piece was pushed by the return spring all the way to the front mechanical (rest) stop, so that the movement of the pressure piece takes place only in the region of the stroke, in which the air gap and thus the magnetic current requirement is small, a reduction in the required electrical drive power and the resulting heat loss is achieved in the time average.

Die Dosiergenauigkeit wird verbessert, wenn während der Anfangsphase der geregelten Vorwärtsbewegung des Druckstücks entweder die Regeleinrichtung selbst oder eine weitere Steuerungseinheit den Magnetstrom beobachtet, daraus auf den Kraftverlauf schließt und so das Öffnen des Auslaßventils erkennt und mithilfe dieser Beobachtung den Totbereich, der aufgrund der elastischen Verformung der Membran entsteht, mißt und den tatsächlich ausgeführten Hubweg durch gezieltes Beenden der Hubbewegung abhängig von der ermittelten Membranverformung so beeinflußt, dass der durch die Membranverformung verursachte Fehlerbeitrag (bezogen auf den Hubweg bzw. das dosierte Volumen) eliminiert und so die Abhängigkeit der Dosiermenge vom Gegendruck wesentlich vermindert wird. Diese Verbesserung wird durch Eliminieren des Fehlers erreicht, der durch die elastische Verformung der Membran unter Einwirkung des Arbeitsdrucks dadurch entsteht, daß der Betrag dieser Verformung nicht zur Dosierung beiträgt. Durch die verminderte Abhängigkeit der Dosiermenge vom Arbeitsdruck können Nachkalibrierungen, die sonst bei signifikanter Veränderung von Betriebsparametern wie z.B. dem Arbeitsdruck erforderlich sind, entfallen. Die Ableitung der Membranverformung aus einer Beobachtung des Magnetstroms ist deshalb vorteilhaft, weil dieser insbesondere bei Magnetdosierpumpen eine gutes Abbild des tatsächlichen Kraftbedarfs darstellt und unmittelbar aus ohnehin vorhandenen Signalen der Regeleinrichtung abgeleitet werden kann und somit keinen zusätzlichen meßtechnischen Aufwand erfordert.The dosing accuracy is improved if, during the initial phase of the controlled forward movement of the pressure piece, either the controller itself or another control unit observes the magnetic flux, closes it to the force curve and thus detects the opening of the outlet valve and, using this observation, the dead zone due to the elastic deformation the membrane is formed, measures and the actually executed stroke by targeted termination of the stroke movement depending on the determined membrane deformation influenced so that caused by the membrane deformation error contribution (relative to the stroke or the metered volume) and thus eliminates the dependence of the dosage of the back pressure is significantly reduced. This improvement is achieved by eliminating the error caused by the elastic deformation of the membrane under the effect of the working pressure, that the amount of this deformation does not contribute to the dosage. Due to the reduced dependence of the dosing amount of the working pressure recalibrations, which are otherwise required for significant change in operating parameters such as the working pressure, omitted. The derivation of the membrane deformation from observation of the magnetic current is advantageous because it represents a good image of the actual power requirement, especially in the case of magnetic metering pumps and can be derived directly from already existing signals of the control device and thus requires no additional metrological effort.

Wird durch die Regeleinrichtung im Betrieb bei reduzierter Hublänge der tatsächlich ausgeführte Hubweg während der Vorwärtsbewegung des Druckstücks abhängig vom gemessenen Totbereich durch die elastische Verformung der Membran durch gezieltes Beenden der Hubbewegung beeinflußt, so dass der durch die Membranverformung verursachte Fehlerbeitrag eliminiert und so die lineare Abhängigkeit der Dosiermenge vom prozentualen Wert der eingestellten Hublänge wesentlich verbessert wird, so erhöht dies auch in diesem Fall die Dosiergenauigkeit. Diese Verbesserung wird durch Eliminieren des Fehlers erreicht, der durch die elastische Verformung der Membran unter Einwirkung des Arbeitsdrucks dadurch entsteht, daß der Betrag dieser Verformung nicht zur Dosierung beiträgt und dadurch die effektive Hublänge zu der mechanisch eingestellten nicht streng proportional ist. Im übrigen gilt das im vorhergehenden Abschnitt Gesagte.Is influenced by the control device in operation at a reduced stroke length of actually executed stroke during the forward movement of the pressure piece depending on the measured dead zone by the elastic deformation of the membrane by deliberate termination of the stroke, so that caused by the membrane deformation error contribution eliminated and so the linear dependence of Dosing amount of the percentage value of the set stroke length is significantly improved, so this increases the dosing accuracy in this case. This improvement is achieved by eliminating the error caused by the elastic deformation of the diaphragm under the effect of the working pressure, that the amount of this deformation does not contribute to the metering and thus the effective stroke length is not strictly proportional to the mechanically adjusted. For the rest, what has been said in the previous section applies.

Überdruckzustände können während des Dosiervorgangs vorteilhaft erkannt und begrenzt werden, wenn die Regeleinrichtung während der Vorwärtsbewegung des Druckstücks den Totbereich mißt, der durch die elastische Verformung der Membran entsteht, und anhand dieses gemessenen Totbereichs eine Abschätzung des Arbeitsdrucks vornehmen kann und bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes des Drucks zur Vermeidung eines weiteren Druckanstiegs die Dosierung einstellt. Die sonst notwendigen zusätzlichen Betriebsmittel wie z.B. Überdruckbegrenzer können hierdurch eingespart werden, sofern die Dosierpumpe das einzige druckerhöhende Aggregat im Prozeß ist.Overpressure conditions can be advantageously recognized and limited during the dosing process, when the control device measures the dead zone during the forward movement of the pressure piece, which results from the elastic deformation of the membrane, and can make an estimate of the working pressure based on this measured dead zone and when exceeding a predetermined maximum value of Pressure to avoid further pressure increase adjusts the dosage. The otherwise necessary additional resources such as e.g. Overpressure limiters can be saved as a result, provided that the metering pump is the only pressure-increasing unit in the process.

Die im Geräteinneren der Magnetdosierpumpe entstehende Verlustwärme wird effizient abgeführt, wenn der Gehäuseinnenraum einschließlich dem Magnet und der Elektronik gekühlt werden. Dadurch werden stark verlustbehaftete Betriebsarten wie z.B. die kontinuierliche Dosierung bei verlangsamter Membranbewegung ermöglicht.The heat loss inside the device of the magnetic metering pump is dissipated efficiently when the inside of the housing, including the magnet and the electronics, is cooled. As a result, highly lossy modes such as e.g. allows continuous dosing with slowed membrane movement.

Wird zur Kühlung der im Innenraum angeordneten Komponenten ein Ventilator im Innenraum angeordnet, dessen Luftstrom zwangsgeführt die Wandung des Magneten und/oder die Wicklungen der Spule sowie die Innenwand des Gehäuses der Magnetdosierpumpe und weitere Komponenten umspült, wird die Verlustwärme des Magneten bzw. der genannten Komponenten auf thermisch direktem Weg an die Innenluft und in der Folge an das Gehäuse weitergeleitet. Der zwangsgeführte Luftstrom verbessert die Wärmeübergangswiderstände der jeweiligen verlustbehafteten Komponenten und verringert so deren Temperaturerhöhung gegenüber der Lufttemperatur im Gehäuseinneren. Aufgrund der gleichmäßigeren Verteilung der Wärme auf die gesamte Oberfläche des Gehäuses trägt ein größerer Anteil der Oberfläche zur Wärmeabfuhr bei als ohne Zwangskühlung. Die Spitzentemperatur der Gehäuseoberfläche sowie der Komponenten im Innern der Pumpe fällt dadurch insgesamt niedriger aus als ohne Kühlung.If, for cooling the components arranged in the interior, a ventilator is arranged in the interior, whose air flow forcibly guides the wall of the magnet and / or the windings of the coil as well as the inner wall of the housing of the magnetic metering pump and other components, the heat loss of the magnet or of the components mentioned becomes forwarded to the internal air in a thermally direct way and subsequently to the housing. The forced air flow improves the heat transfer resistances of the respective lossy components and thus reduces their temperature increase compared to the air temperature inside the housing. Due to the more even distribution of heat over the entire surface of the case a larger proportion of the surface contributes to heat dissipation than without forced cooling. The peak temperature of the housing surface and the components inside the pump is thus lower overall than without cooling.

Wird zur Kühlung des Positionssensors ein Teil des Luftstroms über den Positionssensor geleitet, wird dessen Temperatur im wesentlichen auf dem Niveau der Lufttemperatur im Gehäuseinneren gehalten. Da der Positionssensor zur Vermeidung von Meßfehlern zweckmäßigerweise relativ eng beim Magneten montiert ist, würde er ohne diese Maßnahme nahezu die Temperatur des Magneten annehmen, die ohne Kühlung durch einen Ventilator sehr viel höher als die allgemeine Lufttemperatur im Gehäuseinneren wäre, da der Magnet bei weitem die größte Quelle von Verlustwärme im Gerät darstellt.If a part of the air flow is passed over the position sensor for cooling the position sensor, its temperature is maintained substantially at the level of the air temperature inside the housing. Since the position sensor is expediently mounted relatively close to the magnet to avoid measurement errors, he would almost without this measure take the temperature of the magnet, which would be much higher than the general air temperature inside the housing without cooling by a fan, as the magnet by far the represents the largest source of heat loss in the device.

Sind mit dem Hubdeckel Leitflächen und/oder Kanäle verbunden, die einen Teil des Luftstroms auf den Positionssensor leiten, erleichtert dies die gezielte Hinführung des Luftstroms auf den Positionssensor.Are associated with the Hubdeckel guide surfaces and / or channels, which direct a portion of the air flow to the position sensor, this facilitates the targeted introduction of the air flow to the position sensor.

Wird ein weiterer Teil des Luftstroms auf die im Gehäusedeckel eingebaute Elektronik geleitet, kann deren Temperatur im wesentlichen auf dem Niveau der Lufttemperatur im Gehäuseinneren gehalten werden. Da die im Gehäusedeckel eingebaute Elektronik ebenfalls relativ eng beim Magneten montiert ist, würde sie ohne diese Maßnahme durch den Magneten aufgeheizt, dessen Temperatur ohne Kühlung durch einen Ventilator sehr viel höher als die allgemeine Lufttemperatur im Gehäuseinneren wäre.If another part of the air flow is directed to the electronics installed in the housing cover, their temperature can be kept substantially at the level of the air temperature inside the housing. Since the built-in electronics cover is also mounted relatively close to the magnet, it would be heated without this measure by the magnet, the temperature without cooling by a fan would be much higher than the general air temperature inside the housing.

Wird im Gehäuse der Magnetmantel im Innenraum freistehend so angeordnet, daß er zur Kühlung an seinem Umfang von einem Luftstrom umströmt werden kann, erleichtert dies die Kühlung des Magneten durch einen Ventilator.If, in the housing, the magnet jacket is arranged free-standing in the interior in such a way that it can be surrounded by an air flow for cooling at its circumference, this facilitates the cooling of the magnet by a fan.

Weist die Spulenwicklung eine reduzierte Windungszahl bei erhöhtem Drahtquerschnitt auf, ermöglicht dies schnelle Änderungen des Spulenstroms, wie sie für eine Regelung des Bewegungsablaufs des Magnetdruckstücks erforderlich sind.If the coil winding has a reduced number of turns with increased wire cross-section, this allows rapid changes in the coil current, as required for controlling the movement of the magnetic pressure piece.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit seinen verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1:
Längsschnitt durch eine Magnetdosierpumpe mit geregeltem Magneten
Fig. 2:
Explosionsdarstellung des Positionssensors (Vergrößerung des Ausschnitts X aus Fig. 1
Fig. 3:
Komponenten des Positionsregelkreises
Fig. 4:
Komponenten des Geschwindigkeitsregelkreises
Fig. 5:
Draufsicht auf den Positionssensor in Achsrichtung
Fig. 6:
Seitenansicht des Positionssensors quer zur Achse
Fig. 7:
Darstellung des Schattenbereichs des Positionssensors
Fig. 8:
Darstellung der Helligkeitswerte der Pixels, wie sie dem tatsächlichen Schattenverlauf entsprechen
Fig. 9:
Darstellung des Abbildungsmaßstabs des Positionssensors aufgrund geometrischer Anordnung
Fig. 10:
Interpolation der Positionsauflösung
Fig. 11:
Darstellung der Berechnungsgrundlage für die Interpolation der Positionsauflösung
Fig. 12:
Darstellung der Dosierleistung in Abhängigkeit von der mechanischen Hublänge und vom Arbeitsdruck
Fig. 13:
Darstellung des Konzepts der Kühlung
Fig. 14:
Oszillogramm eines Dosiervorgangs mit Kavitationsschutz beim Ansaugen
Fig. 15:
Oszillogramm eines Dosiervorgangs ohne Kavitationsschutz
Fig. 16:
Oszillogramm eines Dosiervorgangs mit elektronisch auf 0,9mm begrenzter Hublänge
Fig. 17:
Oszillogramm eines Dosiervorgangs mit gebremstem Anfahren des Endanschlags
Fig. 18:
Oszillogramm eines Dosiervorgangs mit Langsamdosierung
Fig. 19:
Darstellung der Dosierbewegung und des zugehörigen Magnetstrombedarfs bei Langsamdosierung mit Kavitationsschutz beim Ansaugen
Below is an embodiment of the invention with its various applications described in more detail. It shows:
Fig. 1:
Longitudinal section through a magnetic metering pump with controlled magnet
Fig. 2:
Exploded view of the position sensor (enlargement of the detail X from FIG. 1)
3:
Components of the position control loop
4:
Components of the speed control loop
Fig. 5:
Top view of the position sensor in the axial direction
Fig. 6:
Side view of the position sensor across the axis
Fig. 7:
Representation of the shadow area of the position sensor
Fig. 8:
Display of the brightness values of the pixels as they correspond to the actual shadow
Fig. 9:
Representation of the image scale of the position sensor due to geometric arrangement
Fig. 10:
Interpolation of position resolution
Fig. 11:
Presentation of the calculation basis for the interpolation of the position resolution
Fig. 12:
Representation of the dosing rate as a function of the mechanical stroke length and the working pressure
Fig. 13:
Presentation of the concept of cooling
Fig. 14:
Oscillogram of a dosing process with cavitation protection during suction
Fig. 15:
Oscillogram of a dosing process without cavitation protection
Fig. 16:
Oscillogram of a dosing process with electronically limited 0.9 mm stroke length
Fig. 17:
Oscillogram of a dosing process with braked start of the end stop
Fig. 18:
Oscillogram of dosing with slow dosing
Fig. 19:
Representation of the dosing movement and the associated magnetic current requirement during slow dosing with cavitation protection during priming

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Magnetdosierpumpe (kurz MD genannt). Ein Gehäuse 1, das im Bereich des Magneten (obere Außenseite) als Berührschutz gegen die heiße Oberfläche mit Gehäuserippen 3 versehen ist, geht auf der Unterseite in eine Bodenplatte 4 mit Befestigungsbohrungen über. Wie allgemein bekannt, ist im oberen Bereich des Gehäuses 1 der Magnetmantel 17 des Antriebsmagneten angeordnet. Die eine Stirnseite des Gehäuses wird von einem Gehäusedekkel 5 umschlossen, der auf das Gehäuse 1 aufgesetzt und mit diesem verbunden ist. Im Zentrum des Gehäusedeckels 5 und achsgleich zur Längsachse 18 des im Großen und Ganzen rotationssymmetrischen Magneten ist ein per Hand zu betätigendes Verstellorgan 7 für die Verstellung des Hubverstellbolzens 8 in den Gehäusedeckel integriert, das die Axialbewegung des Druckstücks 20 und damit den Hub der Membranpumpe begrenzt. Das Verstellorgan 7 sowie weitere Bedienelemente sind durch eine Abdeckhaube 9 geschützt. Unterhalb der Abdeckhaube 9 sind Anschlüsse für die Steuerleitungen 10 bzw. für die Stromversorgung 11 vorgesehen. Auf der der Abdeckhaube gegenüberliegenden Seite ist ein Dosierkopf 12 angeordnet, in dem eine z.B. aus Kunststoff gefertigte Membrane 13 an ihrem Umfang fest eingespannt ist. Der Dosierkopf 12 trägt weiterhin ein Einlassventil 14 und ein Auslassventil 15, um das zwischen Membrane 13 und Dosierkopf 12 in dem Dosierraum 16 über das Einlassventil 14 angesaugte Dosiermedium über das Auslassventil 15 in die Dosierleitung zu drücken. Die Magnetdosierpumpe arbeitet nach dem volumetrischen Prinzip, d.h. ein vorgegebenes Volumen soll bei jedem Hub einerseits angesaugt und andererseits über das Auslassventil 15 ausgestoßen werden. Die Membran 13 wird über den Antrieb hierzu in eine oszillierende Bewegung versetzt. Als Antrieb für die Membran 13 dient, wie die Bezeichnung "Magnetdosierpumpe" aussagt, ein Elektromagnet, gebildet durch einen rotationssymmetrischen Magnetmantel 17, in welchem eine rotationssymmetrische Magnetspule 2 integriert ist. Die Magnetspule 2 wird von einem ebenfalls rotationssymmetrischen Spulenträger 51 aus Kunststoff gebildet, der mit einer Spulenwicklung 29, bestehend aus einer Vielzahl von Windungen aus Kupferlackdraht, bewickelt ist. So umfasst die Magnetspule z.B. 800 Windungen mit einem Drahtdurchmesser von ca. 1 mm. Der Spulenträger und die Wicklung sind entsprechend den Anforderungen der Arbeitsspannung ausgelegt und können durch weitere Isolationsmittel wie z.B. Folien zusätzlich isoliert sein. Der Magnetmantel 17, ein rotationssymmetrischer Massivkörper, umschließt zusammen mit der Magnetscheibe 25, die den magnetischen Kreis vom Magnetmantel 17 zum Druckstück 20 hin schließt, das Druckstück 20 mit der im Zentrum des Druckstücks angeordneten Schubstange 19, die zusammen mit dem Druckstück axial verschiebbar ist. Zur Seite des Hubverstellbolzens 8 hin wirkt die Schubstange 19 mit dem Verstellorgan 7 als per Hand verstellbare Hubverstellvorrichtung zusammen. Mit dem gegenüberliegenden Ende wirkt die Schubstange 19 mit der elastischen Membran 13 zusammen. Auf dem zum Hubverstellbolzen 8 zeigenden Teil der Schubstange 19 ist das Druckstück 20 fest mit der Schubstange verbunden. Auf dem zum Dosierkopf 12 zeigenden Teil der Schubstange 19 ist der Kern 30 der Membran 13 fest mit der Schubstange verbunden. Die Schubstange 19 mit Druckstück 20 ist in einer im Zentrum des Magnetmantels 17 angeordneten Buchse 26 axial verschiebbar gelagert. In der zum Druckstück 20 weisenden inneren Stirnfläche 24 des Magnetmantels ist ein O-Ring 21 angeordnet, der den Anschlag der inneren Stirnfläche 22 des Druckstücks gegen die gegenüberliegende innere Stirnfläche 24 des Magnetmantels im Bedarfsfall dämpft. Innerhalb der inneren Stirnfläche 24 des Magnetmantels ist weiterhin in einer zur inneren Stirnfläche 22 des Druckstücks hin zeigenden Bohrung eine Druckfeder 23, z.B. eine Spiralfeder, angeordnet, die bei nicht angesteuertem Magneten das Druckstück von der inneren Stirnfläche des Magnetmantels 24 auf Abstand hält, so dass zwischen den beiden Stirnflächen ein Luftspalt entsteht. Auf der dem Hubverstellbolzen 8 zugewandten Seite trägt der Magnetmantel eine Magnetscheibe 25, die fest mit dem Magnetmantel durch z.B. Schrauben oder Einpressen verbunden ist und die den magnetischen Kreis vom Magnetmantel zum Druckstück hin schließt. Die äußere Fläche des rotationssymmetrischen Druckstücks ist in der Magnetscheibe 25 in einer weiteren Buchse 27 axial verschiebbar gelagert. Am Magnetmantel ist auf der Seite der Verstellvorrichtung zur Lagerung des Hubverstellbolzens 8 ein Hubdeckel 28 befestigt, der so ausgeformt ist, daß er einerseits zum Magnetmantel und zum Druckstück genügend Abstand hält, um die Bewegung des Druckstücks nicht zu behindern und andererseits die durch den Ventilator 43 verursachte Luftströmung gezielt auf den Positionssensor 36 lenkt.Fig. 1 shows a longitudinal section through a Magnetdosierpumpe (short MD called). A housing 1, which is provided in the region of the magnet (upper outer side) as contact protection against the hot surface with housing ribs 3, goes on the bottom in a bottom plate 4 with mounting holes. As is generally known, the magnetic jacket 17 of the drive magnet is arranged in the upper region of the housing 1. The one end face of the housing is enclosed by a Gehäusedekkel 5, which is placed on the housing 1 and connected thereto. In the center of the housing cover 5 and the same axis to the longitudinal axis 18 of the generally rotationally symmetrical magnet is a manually operable adjusting 7 for the adjustment of Hubverstellbolzens 8 integrated into the housing cover, which limits the axial movement of the pressure member 20 and thus the stroke of the diaphragm pump. The adjusting member 7 and other controls are protected by a cover 9. Below the cover 9 connections for the control lines 10 and for the power supply 11 are provided. On the opposite side of the cover, a dosing head 12 is arranged, in which a membrane, for example, made of plastic 13 is firmly clamped at its periphery. The dosing head 12 also carries an inlet valve 14 and an outlet valve 15 to the between the diaphragm 13 and dosing head 12 in the dosing Press 16 via the inlet valve 14 sucked dosing via the outlet valve 15 in the dosing. The Magnetdosierpumpe works on the volumetric principle, ie a predetermined volume to be sucked in each stroke on the one hand and on the other hand discharged via the exhaust valve 15. The membrane 13 is placed on the drive for this purpose in an oscillating motion. As the drive for the diaphragm 13, as the name "Magnetdosierpumpe" says, an electromagnet, formed by a rotationally symmetrical magnetic jacket 17, in which a rotationally symmetrical magnetic coil 2 is integrated. The magnet coil 2 is formed by a likewise rotationally symmetrical coil carrier 51 made of plastic, which is wound with a coil winding 29, consisting of a plurality of turns made of enameled copper wire. For example, the magnetic coil comprises 800 turns with a wire diameter of about 1 mm. The coil carrier and the winding are designed according to the requirements of the working voltage and can be additionally isolated by further insulation means such as foils. The magnetic shell 17, a rotationally symmetrical solid body encloses, together with the magnetic disk 25, which closes the magnetic circuit from the magnetic shell 17 to the pressure piece 20 back, the pressure piece 20 with the arranged in the center of the pressure piece push rod 19 which is axially displaceable together with the pressure piece. Towards the Hubverstellbolzens 8 towards the push rod 19 cooperates with the adjusting member 7 as manually adjustable Hubverstellvorrichtung. With the opposite end, the push rod 19 cooperates with the elastic membrane 13. On the Hubverstellbolzen 8 facing part of the push rod 19, the pressure piece 20 is fixedly connected to the push rod. On the part of the push rod 19 facing the dosing head 12, the core 30 of the diaphragm 13 is firmly connected to the push rod. The push rod 19 with pressure piece 20 is mounted axially displaceably in a sleeve 26 arranged in the center of the magnetic jacket 17. In the direction of the pressure piece 20 facing inner end face 24 of the magnetic shell, an O-ring 21 is arranged, which dampens the stop of the inner end face 22 of the pressure piece against the opposite inner end face 24 of the magnetic shell, if necessary. Within the inner end face 24 of the magnetic jacket, a compression spring 23, for example a spiral spring, is arranged in a hole facing the inner end face 22 of the pressure piece and holds the pressure piece away from the inner end face of the magnetic jacket 24 when the magnet is not activated an air gap is created between the two end faces. On the Hubverstellbolzen 8 side facing the magnetic jacket carries a magnetic disk 25 which is fixedly connected to the magnetic shell by, for example, screws or press-fitting and which closes the magnetic circuit from the magnetic jacket to the pressure piece out. The outer surface of the rotationally symmetrical pressure piece is mounted axially displaceably in the magnetic disk 25 in a further bushing 27. On the side of the adjusting device for supporting the Hubverstellbolzens 8 a Hubdeckel 28 is attached to the magnet jacket, which is shaped so that it keeps enough distance on the one hand to the magnet jacket and the pressure piece, not to hinder the movement of the pressure piece and on the other hand by the fan 43rd caused air flow directed specifically to the position sensor 36.

Verstelleinrichtung, Hubverstellbolzen und Schubstange sind achsgleich mit der Längsachse 18 angeordnet. Wird nun die Magnetspule 2 mit Strom beaufschlagt, so wird das Druckstück 20 zur Druckfeder hin bewegt, wobei sich der Luftspalt verengt, gleichzeitig wird die Membran in den Dosierraum gedrückt, was zur Folge hat, dass im Dosierraum ein Überdruck entsteht, das Auslaßventil 15, z.B. ein federbelastetes Kugelventil, sich öffnet und das Dosiermedium in die Dosierleitung gedrückt wird. Wird nun der Magnet deaktiviert, so wird das Druckstück durch die zusammengedrückte Druckfeder 23, die z.B. als Spiralfeder ausgebildet sein kann, in die entgegengesetzte Richtung zum Hubverstellbolzen 8 bewegt, was zur Folge hat, dass die mit der Membran 13 verbundene Schubstange 19 die Membran in ihrer Bewegung mitnimmt, wodurch im Dosierraum 16 ein Unterdruck entsteht, der das Einlassventil 14 öffnet, so dass ein weiteres Mal Dosiermedium in den Dosierraum eingesaugt werden kann. Durch die abwechselnde, oszillierende Bewegung der Membran mittels des Magnetantriebs entsteht der Förderstrom des Dosiermediums in der Dosierleitung.Adjustment, Hubverstellbolzen and push rod are arranged coaxially with the longitudinal axis 18. Now, if the solenoid coil 2 is energized, the pressure piece 20 is moved to the compression spring, wherein the air gap narrows, at the same time the membrane is pressed into the dosing, with the result that in the dosing an overpressure arises, the exhaust valve 15, eg a spring-loaded ball valve, opens and the dosing medium is pressed into the dosing. Now, when the magnet is deactivated, the pressure piece by the compressed compression spring 23, the e.g. may be formed as a spiral spring moves in the opposite direction to Hubverstellbolzen 8, with the result that the connected to the diaphragm 13 push rod 19 entrains the membrane in their movement, whereby in the dosing chamber 16, a negative pressure is created, which opens the inlet valve 14, so that once more dosing can be sucked into the dosing. Due to the alternating, oscillating movement of the diaphragm by means of the magnetic drive, the flow of the metering medium in the metering line is formed.

Die Position der Einheit aus Schubstange 19, Druckstück 20 und Membran 13 wird durch den Positionssensor 36 abgetastet, dessen Meßsignal in einer definierten Beziehung zu dieser Position steht; diese Beziehung kann als mögliche Ausführung z.B. streng proportional sein. Das Meßsignal des Positionssensors 36 bezieht sich dabei stets auf die Position des Teils der beweglichen Einheit, an dem dieser angreift. Dieser Angriffspunkt wird durch das Bezugselement gebildet, welches in diesem Zusammenhang in abstraktem Sinn zu verstehen ist. Je nach Anforderungen des Positionssensors kann es als konkretes, zusätzlich zu montierendes Bauteil ausgeführt sein, aber auch lediglich aus einer charakteristischen Ausbildung z.B. einer Kante oder Fläche an einer der ohnehin erforderlichen Komponenten, z.B. am Druckstück 20, bestehen.The position of the unit of push rod 19, pressure piece 20 and diaphragm 13 is scanned by the position sensor 36, the measurement signal is in a defined relationship to this position; this relationship may be considered as possible execution e.g. be strictly proportional. The measurement signal of the position sensor 36 always refers to the position of the part of the movable unit, where it acts. This point of attack is formed by the reference element, which in this context is to be understood in an abstract sense. Depending on the requirements of the position sensor, it may be designed as a concrete component to be mounted in addition, but also only from a characteristic embodiment, e.g. an edge or surface on any of the components required anyway, e.g. on the pressure piece 20, exist.

Beim Ausführungsbeispiel ist am Magnetmantel 17 ein Sensorträger 31 befestigt (siehe auch die schematische Darstellung in Fig. 6), der einerseits in Längserstreckung lichtempfindliche CCD-Zellen 32 (CCD = charged coupled device; ladungsgekoppelter optischer Empfängerbaustein) und gegenüberliegend eine Lichtquelle 33, z.B. eine Leuchtdiode (LED), trägt.In the exemplary embodiment, a sensor carrier 31 is attached to the magnetic jacket 17 (see also the schematic representation in Fig. 6), on the one hand in longitudinal direction photosensitive CCD cells 32 (CCD = charge coupled device) and opposite a light source 33, e.g. a light emitting diode (LED), carries.

Der mit dem Magnetmantel verbundene Sensorträger 31 hat eine zentrale Öffnung 34, die von der Schubstange 19 durchdrungen wird. Auf dem den Sensorträger 31 durchdringenden Schubstangenteil ist als Bezugselement ein Schattenkörper 35 ortsfest angeordnet. Bei der oszillierenden Bewegung der Schubstange 19 wird also der Schattenkörper 35 mitgenommen und überstreicht berührungsfrei die lichtempfindlichen Zellen 32. Wie nun insbes. Fig. 5 zeigt, die eine Ansicht in Achsrichtung darstellt, muss die Lichtquelle so angeordnet sein, dass der Lichtstrahl auf seinem Weg zu den lichtempfindlichen Zellen nicht durch die Schubstange 19 abgedeckt wird; d.h. z.B., dass die Lichtquelle 33 oberhalb oder unterhalb der Schubstange 19 angeordnet ist und die Zeile der lichtempfindlichen Zellen gegenüber in Höhe der Achse der Schubstange liegen. Wie nun insbes. in Fig. 7 dargestellt ist, wird durch die Lichtquelle mittels des Schattenkörpers 35 auf die lichtempfindlichen Zellen 32 ein Schatten geworfen, der die Zellen im Grundsatz in beschienene (h) und nicht beschienene (d) Zellen unterteilt. Da die Reihe der parallel zur Längsachse 18 angeordneten lichtempfindlichen Zellen, z.B. 128 Pixels, die eine Strecke von insgesamt ca. 8mm abdecken, im Grenzbereich nur teilweise belichtet bzw. beschattet wird, entsteht die in Fig. 8 dargestellte Übergangssituation des Schattenverlaufs SV. Die Höhe der in Fig. 8 dargestellten rechteckigen Flächen stellt dabei die Beleuchtungsstärke der jeweiligen Pixels dar. Durch ein spezielles Verfahren, das später eingehend beschrieben wird und in Fig. 10 dargestellt ist, wird diese Grenzsituation genutzt, um die jeweilige Position des Schattenkörpers und damit die Stellung der Schubstange und damit der Membrane genau zu bestimmen. Diese Messeinrichtung, bestehend aus schubstangenseitigem Schattenkörper und sensorträgerseitigen lichtempfindlichen CCD-Zellen mit gegenüberliegender Lichtquelle, dient dazu, die tatsächliche Lage bzw. die Geschwindigkeit der oszillierenden Schubstange zu messen und diese Information für die Regelung der Bewegung zu nutzen.The sensor carrier 31 connected to the magnetic jacket has a central opening 34, which is penetrated by the push rod 19. On the sensor support 31 penetrating the push rod part is arranged as a reference element, a shadow body 35 fixed. In the oscillating movement of the push rod 19 so the shadow body 35 is taken and passes over the photosensitive cells 32 touchless. As now esp. Fig. 5, which shows a view in the axial direction, the light source must be arranged so that the light beam on its way is not covered by the push rod 19 to the photosensitive cells; ie, that the light source 33 is disposed above or below the push rod 19 and the line of photosensitive Cells are opposite to the height of the axis of the push rod. As now shown in particular in Fig. 7, is cast by the light source by means of the shadow body 35 on the photosensitive cells 32, a shadow, which divides the cells in principle in light (h) and not illuminated (d) cells. Since the series of light-sensitive cells arranged parallel to the longitudinal axis 18, for example 128 pixels covering a distance of approximately 8 mm, is only partially exposed or shaded in the border area, the transitional situation of the shadow profile SV is shown in FIG. The height of the rectangular areas shown in FIG. 8 represents the illuminance of the respective pixels. By means of a special method, which will be described later in detail and shown in FIG. 10, this limit situation is used to determine the respective position of the shadow body and thus To determine the position of the push rod and thus the diaphragm exactly. This measuring device, consisting of push rod-side shadow body and sensor carrier side light-sensitive CCD cells with opposite light source, serves to measure the actual position or the speed of the oscillating push rod and to use this information for the regulation of the movement.

Die Schubstange, die die Membran in eine oszillierende Bewegung versetzt, legt bei jedem Hub eine Strecke zurück, die der mechanischen Hublänge entspricht. Um Montagetoleranzen zu berücksichtigen, muß die Längserstreckung der lichtempfindlichen CCD-Zellen etwas größer sein. Dies gilt prinzipiell auch für jeden anderen denkbaren zum Einsatz kommenden Positionssensor.The push rod, which causes the diaphragm to oscillate, travels a distance each stroke equaling the mechanical stroke length. To take into account mounting tolerances, the longitudinal extent of the photosensitive CCD cells must be slightly larger. In principle, this also applies to any other conceivable position sensor used.

Für den aus dem Sensor und der Regeleinrichtung gebildeten Regelkreis sind, wie insbesondere in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt, die nachfolgend genannten mechanischen und elektronischen Komponenten erforderlich. Die in den beiden Diagrammen enthaltenen Kurzbezeichnungen bedeuten dabei:

xs:
Sollwert der Position des Druckstücks
xl:
Istwert der Position des Druckstücks
xSl:
Regelabweichung der Position des Druckstücks
vs:
Sollwert der Geschwindigkeit des Druckstücks
vl:
Istwert der Geschwindigkeit des Druckstücks
vSl:
Regelabweichung der Geschwindigkeit des Druckstücks
SG:
Stellgröße
KSG:
Korrigierte Stellgröße
IM:
Magnetstrom
For the control loop formed by the sensor and the control device, as shown in particular in FIGS. 3 and 4, the following mechanical and electronic components are required. The short names contained in the two diagrams mean:
x s:
Setpoint of the position of the pressure piece
x l :
Actual value of the position of the pressure piece
xsl :
Deviation of the position of the pressure piece
v s :
Setpoint of the speed of the pressure piece
v l :
Actual value of the speed of the pressure piece
v S1 :
Control deviation of the speed of the pressure piece
SG:
manipulated variable
KSG:
Corrected manipulated variable
I M :
magnet power

Der feststehende Teil des Magnetantriebs besteht aus dem Magnetmantel 17 mit Magnetspule 2 und der Magnetscheibe 25 jeweils mit eingelegten Gleitlagerbuchsen 26 bzw. 27 für die Einheit aus Druckstück 20 und Schubstange 19. Der bewegliche Teil des Magnetantriebs, dessen Bewegung geregelt werden soll, besteht aus der Schubstange 19, mit der das Druckstück 20 als Antriebselement sowie der Membrankern 30 fest verbunden sind. Die Rückholfeder 23 holt das Druckstück nach erfolgtem Arbeitshub zurück und bewirkt so das Ansaugen. Der äußere Ring der Membran 13 ist im Dosierkopf 12 fest montiert, der in der Membran eingespritzte metallene Membrankern 30 bewegt die zentrale Fläche der Membran als Verdrängerelement im Dosierkopf. Das Einlassventil 14 schließt auf der Ansaugseite, das Auslassventil 15 auf der Druckseite den Dosierkopf ab und bietet jeweils eine Anschlussmöglichkeit für die äußere Verrohrung. Mit der Schubstange 19 ist z.B. am dem Dosierkopf abgewandten Ende ein Bezugselement verbunden, dessen Position von einem im vorliegenden Fall berührungsfrei arbeitenden Positionssensor 36 abgetastet wird. Im Ausführungsbeispiel ist das Bezugselement ein Schattenkörper 35 in Form einer Scheibe und der Positionssensor eine lichtschrankenähnliche Anordnung, bestehend aus der vorher beschriebenen Lichtquelle 33 im Zusammenwirken mit der Reihe lichtempfindlicher Zellen 32, welche die Position der Scheibe optisch und damit berührungsfrei durch deren Schattenbildung erfaßt.The fixed part of the magnetic drive consists of the magnetic jacket 17 with magnetic coil 2 and the magnetic disk 25 each with inserted plain bearing bushes 26 and 27 for the unit of pressure piece 20 and push rod 19. The movable part of the magnetic drive whose movement is to be regulated, consists of Push rod 19, with the pressure piece 20 as the drive element and the diaphragm core 30 are firmly connected. The return spring 23 retrieves the pressure piece after a successful stroke and thus causes the suction. The outer ring of the membrane 13 is fixedly mounted in the dosing head 12, the metal membrane core 30 injected in the membrane moves the central surface of the membrane as a displacement element in the dosing head. The inlet valve 14 closes on the suction side, the outlet valve 15 on the pressure side of the dosing and offers each a connection option for the outer casing. With the push rod 19 is e.g. connected at the end remote from the dosing head, a reference element whose position is scanned by a non-contact in the present case position sensor 36. In the exemplary embodiment, the reference element is a shadow body 35 in the form of a disc and the position sensor is a light barrier-like arrangement consisting of the previously described light source 33 in cooperation with the series of photosensitive cells 32, which detects the position of the disc optically and thus without contact by their shadowing.

Der Positionssensor 36 gibt ein Istsignal xl ab, welches der Position des Bezugselements 35 proportional ist. Im Falle des Geschwindigkeitsreglers wird dieses im Ausführungsbeispiel durch einen Differenzierer 37 nach der Zeit abgeleitet (dxl/dt) und so zusätzlich ein geschwindigkeitsproportionales Istsignal vl gebildet. Für die Regelung sind selbstverständlich auch andere Methoden geeignet, die ein zur Membrangeschwindigkeit proportionales Signal bereitstellen. Je nach Typ der Regelung und Erfordernissen der Dosierung wird ein zeitliches Profil für den Sollwert 38 der Position xS bzw. der Geschwindigkeit vS vorgegeben. Durch einen Soll-Ist-Vergleich 39 wird die Regelabweichung als Positionsabweichung xSl = (xS - xl) bzw. Geschwindigkeitsabweichung vSl = (vS - vl) ermittelt, und das Ergebnis wird auf einen PID-Regler 40 gegeben (PID-Regler = Regler mit Proportional-, Integral- und Differentialanteil). Dessen Ausgang, die Stellgröße SG, entspricht einem Anforderungswert für den Magnetstrom. Vor der weiteren Verarbeitung wird durch eine Lagekorrektur 41 die Tatsache berücksichtigt, dass der Magnet mit fortschreitender Position immer weniger Strom für eine geforderte Kraft benötigt, und dadurch die Stabilität des Reglers verbessert. Die Lagekorrektur 41 besteht im Subtrahieren eines positionsproportionalen Anteils vom Ausgangssignal des PID-Reglers 40 und ergibt eine korrigierte Stellgröße KSG. Ein Verstärker 42 beinhaltet die Leistungsschaltstufen und steuert die Magnetspule 2 mit dem gewünschten Strom an. Der Betrag der positionsabhängigen Stromkorrektur, die Umsetzung des Stromsollwerts in einen konkreten Magnetstrom sowie ggf. die Ableitungskonstante für die Bildung des Geschwindigkeitssignals vl werden durch die drei Proportionalitätsfaktoren k1, k2, k3 festgelegt. Der Faktor für die positionsabhängige Stromkorrektur k1 ist so zu wählen, dass der Grad der Stromreduktion dem Verlauf der Magnetkennlinie möglichst gut angenähert wird, die beiden Faktoren k2 für den Leistungsverstärker bzw. k3 für die Ableitung des Geschwindigkeitssignals können anhand praktischer Gesichtspunkte gewählt werden, wie z.B. das Arbeiten mit möglichst gut handhabbaren Wertebereichen der zugehörigen Größen.The position sensor 36 outputs an actual signal x 1 which is proportional to the position of the reference element 35. In the case of the speed controller this is derived in the embodiment by a differentiator 37 after the time (dx l / dt) and thus in addition a speed-proportional actual signal v l formed. For the control, of course, other methods are suitable, which provide a proportional to the membrane velocity signal. Depending on the type of regulation and requirements of the dosage, a time profile for the desired value 38 of the position x S or the speed v S is specified. By means of a desired-actual comparison 39, the control deviation is determined as position deviation x Sl = (x S -x l ) or velocity deviation v Sl = (v s -v l ), and the result is applied to a PID controller 40 (FIG. PID controller = controller with proportional, integral and differential components). Its output, the manipulated variable SG, corresponds to a request value for the magnet current. Prior to further processing, a position correction 41 takes into account the fact that as the position advances, the magnet requires less and less current for a required force, thereby improving the stability of the regulator. The position correction 41 consists in subtracting a position-proportional component from the output signal of the PID controller 40 and results in a corrected manipulated variable KSG. An amplifier 42 incorporates the power switching stages and drives the solenoid 2 with the desired current. The amount of the position-dependent current correction, the conversion of the current setpoint into a specific magnet current and possibly the derivative constant for the formation of the velocity signal v l are determined by the three proportionality factors k1, k2, k3. The factor for the position-dependent current correction k1 should be chosen so that the degree of current reduction is as close as possible to the course of the magnetic characteristic The two factors k2 for the power amplifier and k3 for the derivation of the speed signal can be chosen on the basis of practical considerations, such as working with the most easily manageable value ranges of the associated quantities.

In der Fig. 3 ist der Regelkreis für einen Positionsregler, in Fig. 4 ist der Regelkreis bei Einsatz als Geschwindigkeitsregler schematisch dargestellt. Der beschriebene Regelkreis setzt das vorgegebene zeitliche Profil für den Sollwert der Position xs bzw. der Geschwindigkeit vs um, natürlich im Rahmen seiner möglichen Regelgenauigkeit.In Fig. 3, the control loop for a position controller, in Fig. 4, the control loop is shown schematically when used as a speed controller. The described control circuit sets the predetermined time profile for the desired value of the position x s or the speed v s , of course within the scope of its possible control accuracy.

Die Festlegung des konkreten Profils für die Position, die Geschwindigkeit bzw. die Beschleunigung und die Umschaltung zwischen diesen Betriebsarten geschieht dabei anhand der Anforderungen, die sich aus den beispielsweise nachfolgend beschriebenen Funktionen ergeben, unter Berücksichtigung der Funktionsgrenzen des Reglers wie Regelgeschwindigkeit, erreichbare Genauigkeit usw.The specification of the specific profile for the position, the speed or the acceleration and the switching between these modes is done on the basis of the requirements arising from the functions described below, for example, taking into account the functional limits of the controller such as control speed, achievable accuracy, etc.

Mit einer derartigen Regelung ist es bei einer Magnetdosierpumpe möglich, eine gewünschte Geschwindigkeit der Membran 13 vorzugeben und so die effektive Strömungsgeschwindigkeit des Dosiermediums zu kontrollieren.With such a control, it is possible with a magnetic metering pump to specify a desired speed of the diaphragm 13 and thus to control the effective flow rate of the metering medium.

Ebenso kann die Membranposition unmittelbar geregelt werden. Diese Funktion ermöglicht, in ausgewählten Phasen des Dosiervorgangs bestimmte Positionen gezielt anzufahren und wenn erforderlich auch im Stillstand einzuhalten.Likewise, the membrane position can be controlled directly. This function makes it possible to selectively approach specific positions in selected dosing phases and, if necessary, to maintain them at standstill.

Durch die Regelung des Bewegungsablaufs mittels eines Positionsgebers kann im Unterschied zu einem ungeregelten Betrieb auf Änderungen von Betriebsgrößen reagiert werden, die über die Zeit auftreten oder durch Umweltbedingungen bzw. Exemplarstreuungen, also statistische Abweichungen innerhalb der Produktionsserie, bedingt sind, und deren schädlicher Einfluß minimiert werden. Als Beispiele seien die Membransteifigkeit oder die Viskosität des Dosiermediums genannt. Beide erfordern einen Anteil an Magnetkraft, der zusätzlich zu der Kraft aufgebracht werden muß, die durch das Einwirken des Arbeitsdrucks auf die Membranfläche entsteht. Diese Störeinflüsse können durch Erfassung ihrer Auswirkung und Nachregeln des Magnetstroms kompensiert werden. Bei einer ungeregelten Dosierpumpe mit vorgegebenem Magnetstrom, auch wenn dieser selbst mittels Regelung stabilgehalten wird, bleiben solche Störeinflüsse unberücksichtigt.By regulating the sequence of movements by means of a position sensor, in contrast to unregulated operation, it is possible to react to changes in operating variables which occur over time or are caused by environmental conditions or specimen scatters, ie statistical deviations within the production series, and whose harmful influence is minimized , Examples which may be mentioned are the membrane rigidity or the viscosity of the metering medium. Both require a proportion of magnetic force which must be applied in addition to the force created by the action of the working pressure on the membrane surface. These disturbances can be compensated by detecting their effect and readjusting the magnetic current. With an unregulated dosing pump with a predetermined solenoid current, even if this is kept stable even by means of control, such disturbances remain unconsidered.

Darüber hinaus ist es durch die Regelung des Bewegungsablaufs mittels eines Positionsgebers möglich, im Gegensatz zu dem spontan ablaufenden Dosiervorgang bei ungeregeltem Betrieb auf innere und äußere Einflußgrößen zu reagieren, die im Folgenden beschrieben sind, und Betriebsbedingungen sicherzustellen, mit deren Hilfe ausgewählte hydraulische Eigenschaften der Dosierung gezielt hervorgerufen bzw. vermieden werden können. Als Beispiel hierfür sei auf die weiter unten beschriebene Funktion des Schutzes vor Kavitation beim Ansaugen verwiesen.In addition, it is possible by controlling the movement by means of a position sensor, in contrast to the spontaneous dosing process in unregulated operation on to react to internal and external factors, which are described below, and to ensure operating conditions, with the help of which selected hydraulic properties of the dosage can be specifically caused or avoided. As an example, reference is made to the function described below of the protection against cavitation during suction.

Nachfolgend seien beispielsweise einzelne Einsatzmöglichkeiten einer Magnetdosierpumpe der vorher beschriebenen Art erläutert, die einen Positionssensor aufweist und mittels einer Regelung und Veränderung des Magnetspulenstroms den Bewegungsablauf der Membran beeinflußt.For example, individual applications of a magnetic metering pump of the previously described type, which has a position sensor and influences the course of movement of the membrane by means of a regulation and change of the magnetic coil current, will be explained below.

Bei der Beschreibung dieser Einsatzmöglichkeiten zeigen die Figuren 14 bis 19 beispielhaft Oszillogramme des jeweiligen Dosiervorgangs. Dabei stellt in den Diagrammen jeweils die obere Kurve Pos die Membranbewegung mit einer Skalierung von 0,5mm/Div. dar; der Endanschlagspunkt EPos liegt am oberen Rand des Diagramms. Der ansteigende Teil der Kurve Pos entspricht dem Dosierhub, der fallende Teil dem Ansaugen. Die untere Kurve lM zeigt den zugehörigen Magnetstrom mit einer Skalierung von 1A/Div.; die Nulllinie lMo liegt am unteren Rand des Diagramms. Die Bezeichnungen "Pos", "EPos", "lM" und "lMo" sind in der Fig. 14 beispielhaft aufgeführt und gelten in sinngemäß gleicher Weise bei den nachfolgenden Diagrammen Fig. 15 bis Fig. 19, ohne dort nochmals ausdrücklich erwähnt zu sein.In describing these possible applications, FIGS. 14 to 19 show, by way of example, oscillograms of the respective metering process. In the diagrams, the upper curve Pos in each case represents the membrane movement with a scaling of 0.5 mm / div. group; the end stop EPos is at the top of the diagram. The rising part of the curve Pos corresponds to the metering stroke, the falling part to the suction. The lower curve l M shows the associated magnetic current with a scaling of 1A / div .; the zero line l Mo is at the bottom of the diagram. The designations "Pos", "EPos", "l M " and "l Mo " are shown by way of example in FIG. 14 and apply mutatis mutandis to the following diagrams in FIGS. 15 to 19, without being expressly mentioned there again to be.

Vermeidung von Strömungsverlusten bei hochviskosen MedienAvoidance of flow losses in highly viscous media

Die Funktion, die Geschwindigkeit der Membran 13 zu regeln, kann insbesondere bei hochviskosen Medien (z.B. Lecithin) zur Begrenzung von Strömungsverlusten in Ventilen und anderen Engstellen genutzt werden. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten haben bei solchen Medien durch zusätzliche Druckverluste infolge von Strömungswiderständen einen negativen Einfluss auf die Dosiergenauigkeit. Zusätzlich ist es hier von Vorteil, wenn durch die begrenzte Geschwindigkeit mehr Zeit für das definierte Öffnen und Schließen der Ventile zur Verfügung gestellt wird. Beide Effekte verbessern insgesamt die Dosiergenauigkeit bei hochviskosen Medien.The function of controlling the velocity of the membrane 13 can be used, in particular, for high viscosity media (e.g., lecithin) to limit flow losses in valves and other bottlenecks. High flow rates have a negative influence on the dosing accuracy in such media by additional pressure losses due to flow resistance. In addition, it is advantageous here if the limited speed allows more time for the defined opening and closing of the valves. Overall, both effects improve the dosing accuracy of highly viscous media.

Um dies zu erreichen, wird während des gesamten Dosiervorgangs die Membrangeschwindigkeit auf einen wählbaren Maximalwert begrenzt gehalten. Diese Maximalgeschwindigkeit hängt u.a. von der Viskosität des konkret zu dosierenden Mediums ab und ist z.B. in Form mehrerer auf gängige Anwendungsfälle abgestimmter vordefinierter Werte durch den Betreiber auszuwählen oder direkt vorzugeben.To achieve this, the membrane velocity is kept limited to a selectable maximum value during the entire dosing process. This maximum speed depends, inter alia, on the viscosity of the specific medium to be metered and is to be selected by the operator or specified directly in the form of several predefined values adapted to common applications.

Kavitationsschutzcavitation

Bei leicht ausgasenden Medien (wie z.B. Chlorbleichlauge) kann insbesondere beim Ansaugen, aber auch im Dosierhub bei zu hoher Strömungsgeschwindigkeit an Engstellen durch örtliches Unterschreiten des Dampfdrucks, der u.a. von der chemischen Zusammensetzung des Dosiermediums sowie dessen Temperatur abhängt, Kavitation auftreten, die erhöhten Verschleiß zur Folge hat. Kavitation kann vermieden werden, indem auch während des Ansaugens, also des Zurückfahrens der Membran 13, die Geschwindigkeit durch Regelung auf Werte deutlich unterhalb einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit begrenzt wird. Hierzu wird durch die Regelung während des Zurückfahrens der Kraft der Rückholfeder 23 eine bremsende Kraft des Magneten entgegengesetzt und die mit der Mediumsgeschwindigkeit korrespondierende Membrangeschwindigkeit auf beispielsweise 1 mm/50ms begrenzt.In the case of slightly outgassing media (such as, for example, sodium hypochlorite), it is possible, in particular during suction, but also in the metering stroke, if the flow velocity at the bottleneck is too low due to local undershooting of the vapor pressure, etc. Depending on the chemical composition of the dosing medium and its temperature depends, cavitation occur, which has increased wear. Cavitation can be avoided by limiting the speed by regulation to values well below a critical flow velocity even during the suction, ie the return of the membrane 13. For this purpose, a braking force of the magnet is counteracted by the regulation during the return movement of the force of the return spring 23, and the membrane velocity corresponding to the medium velocity is limited to, for example, 1 mm / 50 ms.

Fig. 14 zeigt beispielhaft das Oszillogramm eines Dosiervorgangs bei einer Hubdauer von 400ms, einer Hublänge von 2mm und Nennarbeitsdruck von 10bar mit aktiviertem Kavitationsschutz beim Ansaugen.14 shows by way of example the oscillogram of a metering process with a stroke duration of 400 ms, a stroke length of 2 mm and nominal working pressure of 10 bar with activated cavitation protection during suction.

Fig. 15 zeigt bei sonst gleichen Einstellungen das Oszillogramm eines Dosiervorgangs bei sich selbst frei überlassenem Ansaugen.FIG. 15 shows the oscillogram of a dosing process with self-released suction, given otherwise identical settings.

Während des Ansaugens wird in Fig. 14 die Geschwindigkeit durch entsprechendes Ansteuern der Magnetspule 2 auf einen Wert von ca. 1mm/50ms begrenzt, d.h. die Regeleinrichtung verhindert, daß sich die Membran getrieben durch die Rückholfeder 23 schneller als mit der genannten Geschwindigkeit zurückbewegen kann; das Diagramm zeigt den Magnetstromfluß während der Ansaugphase, der dies sicherstellt. In Fig. 15 unterbleibt das Ansteuern des Magneten während der Ansaugphase, hier findet währenddessen kein Magnetstromfluß statt. Es ergibt sich phasenweise eine deutlich höhere Geschwindigkeit, die bereits Kavitation zur Folge haben kann.During suction, in Fig. 14, the velocity is limited to a value of about 1 mm / 50 ms by appropriately driving the solenoid 2. the control device prevents the membrane driven by the return spring 23 can move back faster than the said speed; the diagram shows the magnetic flux flow during the suction phase, which ensures this. In Fig. 15, the driving of the magnet is omitted during the suction phase, here takes place during which no Magnetstromfluß instead. It results in phases a significantly higher speed, which may already result in cavitation.

Elektronische HublängenverstellungElectronic stroke length adjustment

Die Erfindung ermöglicht es, die mechanische Einrichtung zur Hublängeneinstellung (Verstellorgan 7 und Hubverstellbolzen 8) einzusparen. Hierzu wird der Regeleinrichtung die gewünschte Hublänge auf elektronischem Weg, z.B. durch eine Bedienereingabe, mitgeteilt. Wurde die gewünschte Hublänge ausgeführt, wird die erreichte Position der Membran 13 elektronisch gehalten und diese im Anschluss zum Ansaugen zurückgefahren. Die Membran kann in der der Sollhublänge entsprechenden Position noch kurz verharren, um dem Auslassventil 15 ausreichend Zeit zum Schließen zu geben, oder auch nach Ausführen der Sollhublänge unmittelbar zurückfahren.The invention makes it possible to save the mechanical device for adjusting the stroke length (adjusting member 7 and Hubverstellbolzen 8). For this purpose, the control device, the desired stroke length electronically, eg by an operator input, communicated. If the desired stroke length has been carried out, the reached position of the diaphragm 13 is held electronically and this is subsequently retracted for aspiration. The membrane can remain in the position corresponding to the desired stroke length for a short time in order to give the exhaust valve 15 sufficient time to close, or to retract immediately after the desired stroke length has been carried out.

Fig. 16 zeigt beispielhaft das Oszillogramm eines Dosiervorgangs bei einer Hubdauer von 400ms und Nennarbeitsdruck von 10bar mit einer elektronisch begrenzten Hublänge von 0,9mm. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, fährt die Membran nicht vollständig bis zum Endanschlag am oberen Rand des Diagramms, sondern wird nach 0,9mm ausgeführter Bewegung angehalten und führt im Anschluß den Ansaugvorgang aus.16 shows by way of example the oscillogram of a metering process with a stroke duration of 400 ms and nominal working pressure of 10 bar with an electronically limited stroke length of 0.9 mm. As can be seen from the diagram, the membrane does not fully move to the end stop at the top of the diagram, but stops after 0.9mm of movement and then carries out the suction process.

Erfassung der Stellung des Einstellreglers für die HublängeRecording the position of the stroke length adjustment controller

Dosierpumpen nach dem Stand der Technik bieten oft eine Betriebsart, in der die ausgeführten Dosierhübe über das eingestellte Volumen der Verdrängerkammer (Hublänge) direkt in ein dosiertes Gesamtvolumen umgerechnet werden und dieses z.B. als Volumenstrom in der Einheit l/h angezeigt wird. Für solche Funktionen ist die Kenntnis über die durch den Bediener eingestellte Hublänge erforderlich, da hiervon das pro Hub dosierte Volumen abhängt. Die Stellung der Hubverstelleinrichtung muss zu diesem Zweck bei Dosierpumpen bisheriger Bauart durch einen separaten Sensor in ein elektrisches Signal umgewandelt und in die Steuerung eingelesen werden. Ein Beispiel für eine praktische Realisierung wäre ein Drehgeber am Hubverstellorgan.Dosing pumps according to the prior art often provide a mode in which the dosing strokes carried out over the set volume of the displacement chamber (stroke length) are converted directly into a metered total volume and this. is displayed as volume flow in the unit l / h. For such functions, knowledge of the stroke length set by the operator is required since this depends on the volume metered per stroke. The position of the Hubverstelleinrichtung must be converted for this purpose in metering pumps of previous design by a separate sensor into an electrical signal and read into the controller. An example of a practical realization would be a rotary encoder on Hubverstellorgan.

Eine bewegungsgeregelte Dosierpumpe benötigt einen zusätzlichen Sensor nicht, da sie mithilfe des integrierten Positionssensors den tatsächlich abgefahrenen Membranweg während des Hubs erfassen kann. Durch Differenzbildung der beiden Positionswerte in den Endstellungen, die jeweils nach Erreichen des mechanischen Anschlags gemessen werden können, sobald die Bewegung zum Erliegen gekommen ist, kann die Hublänge direkt berechnet werden und steht für die weitere Verarbeitung zur Verfügung.A motion-controlled metering pump does not need an additional sensor, as it can detect the actually worn membrane path during the stroke using the integrated position sensor. By subtraction of the two position values in the end positions, which can be measured after reaching the mechanical stop, as soon as the movement has come to a halt, the stroke length can be calculated directly and is available for further processing.

Vermeidung von DruckspitzenAvoiding pressure peaks

Bei einer Magnetdosierpumpe bisheriger Ausführung wird das Dosiermedium beim Öffnen des Auslaßventils relativ schlagartig geöffnet, was eine hohe Beschleunigung des Dosiermediums und eine entsprechende Druckspitze zur Folge hat. Des weiteren bewegt sich die Membran und damit auch das Dosiermedium bei einer Magnetdosierpumpe bisheriger Ausführung besonders im letzten Teil der Hubbewegung durch den kleiner werdenden Luftspalt sehr schnell, was mit einem harten Anschlagen des Druckstücks und hohen momentanen Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Druckspitzen verbunden ist.In a magnetic metering pump of previous design, the metering medium is opened relatively abruptly when opening the exhaust valve, which has a high acceleration of the metering and a corresponding pressure peak result. Furthermore, the membrane and thus also the metering medium moves very fast in a magnetic metering pump of previous design, particularly in the last part of the lifting movement due to the decreasing air gap, which is associated with a hard abutment of the pressure piece and high instantaneous flow velocities or pressure peaks.

Eine bewegungsgeregelte Magnetdosierpumpe, wie sie beschrieben wurde kann diese negativen Effekte vermeiden, indem die Geschwindigkeit bis zum Öffnen des Auslaßventils und kurz vor Erreichen des Endanschlags gezielt abgesenkt und das Druckstück dosiert auf dem letzten Wegstück kurz vor dem Anschlag gebremst wird. In Abwandlung besteht auch die Möglichkeit, den Anschlag gar nicht anzufahren, sondern die Membranbewegung kurz vor Erreichen des Anschlags gezielt zu beenden. Damit kann z.B. der O-Ring 21 entfallen bzw. wesentlich kleiner dimensioniert werden. Darüber hinaus vermindert dies erheblich das Laufgeräusch.A motion controlled solenoid metering pump as described can avoid these negative effects by increasing the speed until the exhaust valve opens and just before it reaches the end stop deliberately lowered and the pressure piece dosed on the last stretch just before the stop is braked. In a modification, it is also possible not to start the attack, but to terminate the membrane movement shortly before reaching the stop deliberately. Thus, for example, the O-ring 21 omitted or be dimensioned much smaller. In addition, this significantly reduces the running noise.

Fig. 17 zeigt beispielhaft das Oszillogramm eines Dosiervorgangs bei einer Hubdauer von 400ms, einer Hublänge von 2mm und Nennarbeitsdruck von 10bar mit gebremstem Anfahren des Endanschlags. Wie das Diagramm zeigt, wird die Geschwindigkeit der Membran vor Erreichen des Endanschlags am oberen Rand des Diagramms auf einen Wert von ca. 0,6mm/50ms herabgesetzt.17 shows by way of example the oscillogram of a dosing process with a stroke duration of 400 ms, a stroke length of 2 mm and nominal working pressure of 10 bar with a braked approach of the end stop. As the diagram shows, the membrane velocity is reduced to a value of approx. 0.6mm / 50ms before reaching the end stop at the top of the diagram.

Vermeidung von ÜberförderungAvoid over-promotion

Bei einer Magnetdosierpumpe bisheriger Ausführung tritt bei sehr geringem Gegendruck die sog. Überförderung ein. Sie entsteht dadurch, daß am Ende des Dosierhubs das Auslaßventil nicht sofort schließt, sondern das Dosiermedium in einer Art Hebereffekt durch seine hohe Geschwindigkeit in Verbindung mit seiner Massenträgheit den Dosierkopf weiter durchströmt, indem es das Einlaßventil vorzeitig öffnet, so daß eine überschüssige Menge Dosiermedium in die Ausgangsleitung gelangt. Durch die Überförderung sind ungeregelte Pumpen erst ab einem Mindestarbeitsdruck von z.B. 2-3bar sinnvoll einzusetzen; um diesen sicherzustellen, wird üblicherweise ein sog. Druckhalteventil in die abgehende Dosierleitung eingefügt.In the case of a magnetic metering pump of the previous version, the so-called overfeeding occurs with very little back pressure. It arises from the fact that at the end of Dosierhubs the exhaust valve does not close immediately, but the metering medium in a kind of lifting effect through its high speed in conjunction with its inertia the dosing further flows through it opens the intake valve prematurely, so that an excess amount of dosing in the output line arrives. Due to the over-promotion unregulated pumps are only from a minimum working pressure of e.g. 2-3bar useful to use; To ensure this, usually a so-called. Pressure-holding valve is inserted into the outgoing dosing.

Bei einer bewegungsgeregelten Magnetdosierpumpe kann durch elektronische Begrenzung der Membrangeschwindigkeit kurz vor Erreichen des Endanschlags oder auch während des gesamten Dosierhubs der für die Überförderung verantwortliche Hebereffekt praktisch vollständig vermieden werden. Der Arbeitsbereich der Dosierpumpe erweitert sich dabei so erheblich zu kleinen Arbeitsdrücken hin, dass ein Druckhalteventil bei vielen praktisch auftretenden Dosiersituationen entfallen kann.In a motion-controlled Magnetdosierpumpe can be almost completely avoided by electronically limiting the membrane velocity shortly before reaching the end stop or even during the entire Dosierhubs responsible for the over-promotion lifting effect. The working range of the metering pump expands so much to small working pressures out that a pressure relief valve can be omitted in many practically occurring Dosiersituationen.

Der Bewegungsablauf entspricht dem zuvor in Fig. 17 gezeigten mit dem Unterschied, daß er sich auf eine Situation bei besonders niedrigem Arbeitsdruck bezieht.The movement corresponds to that previously shown in Fig. 17 with the difference that it refers to a situation at a particularly low working pressure.

Langsamdosierung zur Vermeidung von KonzentrationsschwankungenSlow dosing to avoid concentration fluctuations

Für bestimmte Anwendungsfälle, bei denen es auf gute Vermischung mit einem Prozessmediumsstrom ankommt, ist eine möglichst gleichmäßige Einbringung des Dosiermediums in den Prozess erforderlich.For certain applications in which good mixing with a process medium flow is important, the most uniform possible introduction of the dosing medium in the process is required.

Bei einer bewegungsgeregelten Magnetdosierpumpe kann die zur Verfügung stehende Zeit, die sich aus der Wiederholfrequenz der Dosierhübe ergibt, so aufgeteilt werden, dass der nach Abzug der Ansaugdauer verbleibende Anteil bis auf eine kurze Ruhephase maximal für die Vorwärtsbewegung ausgenutzt wird. Die zu regelnde Geschwindigkeit wird hierbei aus dem zurückzulegenden Weg (eingestellte Hublänge) und der zur Verfügung stehenden Zeit berechnet. Der Grad der Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Zeit richtet sich einerseits nach den Anforderungen der Dosieranwendung, andererseits nach den Möglichkeiten des Kühlungskonzepts, das die erhöhte thermische Verlustleistung aufgrund der fast ununterbrochenen Magnetansteuerung abführen muss.In the case of a motion-controlled magnetic metering pump, the available time, which results from the repetition frequency of the metering strokes, can be divided so that the portion remaining after deduction of the suction duration is utilized to a maximum for the forward movement, except for a short rest phase. The speed to be controlled is calculated from the distance to be traveled (set stroke length) and the available time. The degree of utilization of the available time depends on the one hand on the requirements of the dosing application, on the other hand on the possibilities of the cooling concept, which must dissipate the increased thermal power loss due to the almost uninterrupted magnetic control.

Fig. 18 zeigt beispielhaft das Oszillogramm eines Dosiervorgangs bei einer Hubdauer von 500ms, einer Hublänge von 2mm und Nennarbeitsdruck von 10bar in der Betriebsart Langsamdosierung, hier kombiniert mit verlangsamtem Ansaugen zum Schutz vor Kavitation. Wie das Diagramm zeigt, wird die Gesamthubdauer von 500ms auf einen Druckhub über ca. 250ms und einen Ansaugvorgang über ca. 180ms umgelegt, die zusammengenommen einen Anteil von 430ms oder 86% der Gesamthubdauer darstellen; die verbleibenden 70ms werden zur definierten Abgrenzung der Bewegungsphasen genutzt.FIG. 18 shows, by way of example, the oscillogram of a metering operation with a stroke duration of 500 ms, a stroke length of 2 mm and nominal working pressure of 10 bar in the slow metering operating mode, here combined with slowed suction for protection against cavitation. As the diagram shows, the total stroke time is changed from 500ms to a compression stroke of about 250ms and a suction of about 180ms, which together account for 430ms or 86% of the total stroke time; the remaining 70ms are used to define the movement phases.

Bestimmte Anwendungen erfordern die Möglichkeit, kleinste Teilmengen über sehr lange Zeit verteilt möglichst gleichmäßig zu dosieren, womit eine quasi kontinuierliche Dosierung erreicht werden soll. Für diese Fälle werden nach dem Stand der Technik Motorpumpen eingesetzt, die z.B. mit einem Schrittmotor und einem selbsthemmenden Getriebe arbeiten. Ein Gesamthub wird bei diesen Dosierpumpen drehzahlreduziert ausgeführt bzw. in mehrere Teilschritte mit dazwischenliegenden Ruhepausen aufgeteilt, am Ende des Gesamthubweges wird eine vollständige (schnelle) Ansaugphase ausgeführt, und danach der Dosiervorgang in der beschriebenen Weise fortgeführt.Certain applications require the possibility to dispense smallest subsets as evenly as possible over a very long time, thus achieving a quasi-continuous dosage. For these cases, motor pumps are used in the prior art, e.g. work with a stepper motor and a self-locking gearbox. A total stroke is performed reduced speed at these metering pumps or divided into several sub-steps with intermediate rest periods, at the end of the total stroke a complete (fast) suction phase is performed, and then continued the dosing in the manner described.

Die Erfindung ermöglicht es, diese Anforderungen mit dem einfacheren und damit kostengünstigeren Aufbau einer Magnetdosierpumpe zu erfüllen. Die Membran 13 muss hierzu im geregelten Betrieb mit sehr niedriger Geschwindigkeit entlang des Hubwegs geführt werden, wobei am Hubende ebenfalls eine vollständige Ansaugphase mit normaler Geschwindigkeit ausgeführt wird, so daß die Gesamthubdauer fast vollständig für den Druckhub genutzt werden kann. Die Geschwindigkeit kann in einem sehr weiten Bereich von z.B. 1 mm/min bis 1 mm/s und darüber hinaus liegen.The invention makes it possible to meet these requirements with the simpler and thus more cost-effective design of a magnetic metering pump. For this purpose, the membrane 13 must be guided in controlled operation at very low speed along the stroke, wherein at the stroke end also a complete suction at normal speed is performed, so that the total stroke time can be almost completely used for the pressure stroke. The speed can be in a very wide range of e.g. 1 mm / min to 1 mm / s and beyond.

Eine mögliche Ausführung kann zwischen Teilbewegungen kleine Ruhepausen einlegen, bei denen die Membran 13 in einer konstanten Position gehalten wird. Dies ermöglicht dem Auslassventil 15 klar definierte Zustände, die bei extrem langsamer, dem Stillstand nahekommender Bewegung nicht mehr gegeben sind, woraus sich hohe Anforderungen an das Auslassventil 15 ergeben. Die thermische Belastung unterscheidet sich bei dieser Ausführungsvariante gegenüber der linear bewegten Version praktisch nicht, da in beiden Fällen dem Arbeitsdruck eine quasi statische Magnetkraft entgegengesetzt werden muss.One possible embodiment may insert small rest periods between partial movements in which the membrane 13 is held in a constant position. This allows the exhaust valve 15 clearly defined states that are not at extremely slow, the stoppage approaching movement are given more, resulting in high demands on the exhaust valve 15. The thermal load differs in this embodiment compared to the linear moving version practically not, since in both cases the working pressure a quasi-static magnetic force must be opposed.

Eine weitere mögliche Ausführung kann die thermische Belastung reduzieren, indem die Hubbewegung wie im vorangehend beschriebenen Fall in kleine Teilbewegungen aufgeteilt wird und in den dazwischenliegenden Stillstandsphasen die Membran 13 zusätzlich jeweils um einen kleinen Entlastungsweg zurückgefahren wird, um eine Druckentlastung durch eindeutiges Schließen des Auslassventils 15 und damit einhergehend einen reduzierten Magnetkraftbedarf während der Stillstandsphasen zu erreichen. Die Teilhübe sind dann jeweils um diesen Entlastungsweg zu ergänzen, so dass insgesamt ein unveränderter Hubweg zurückgelegt wird. Der Entlastungsweg muss kleiner als der (druckabhängige) Verformungsweg der Membran sein, um zu vermeiden, dass beim Zurückfahren zwischen den Teilhüben ein teilweises Ansaugen stattfindet und so die Genauigkeit verschlechtert wird. Diese Ausführungsvariante arbeitet vorteilhaft in Verbindung mit der nachfolgend beschriebenen Druckkompensation, da bei dieser die Verformung der Membran im Betrieb gemessen wird und der Entlastungsweg den tatsächlichen Verhältnissen dadurch besser angepasst werden kann.Another possible embodiment can reduce the thermal load by the lifting movement is divided into small part movements as described above and in the intermediate stoppage phases, the membrane 13 is additionally reduced by a small discharge path to a pressure relief by clearly closing the exhaust valve 15 and concomitantly to achieve a reduced magnetic power demand during the stoppage phases. The partial strokes are then each to supplement this discharge path, so that overall an unchanged stroke is covered. The unloading path must be smaller than the (pressure-dependent) deformation path of the diaphragm to avoid partial suction during retraction between the sub-strokes, thus degrading accuracy. This embodiment works advantageously in conjunction with the pressure compensation described below, since in this case the deformation of the membrane is measured during operation and the discharge path can be better adapted to the actual conditions.

Druckkompensationpressure compensation

Bei der geregelten Bewegung stellt der Regler im Gleichgewichtszustand (d.h. im eingeschwungenen Zustand) zu jedem Zeitpunkt einen Magnetstrom ein, der die (zeitlich veränderlichen) äußeren Kräfte gerade abdeckt.In controlled motion, at steady state (i.e., steady state), the controller adjusts a solenoid current at all times that just covers the (time-varying) external forces.

Dieser Magnetstrombedarf ergibt sich einerseits aus der momentan aufzubringenden Kraft und andererseits aus dem mit fortschreitendem Membranweg sich ergebenden jeweiligen Restluftspalt zwischen innerer Stirnfläche des Druckstücks 22 und der inneren Stirnfläche des Magnetmantels 24. Es ergibt sich ein charakteristischer Stromverlauf lM während des Dosierhubs, wie er insbesondere in Fig. 19 dargestellt ist. Das dort abgebildete Oszillogramm zeigt beispielhaft den Stromverlauf bei einem über ca. 2,0s verteilten Hub über eine Hublänge von 2mm und Nennarbeitsdruck von 10bar. Am Ende des Hubs findet ein verlangsamtes Ansaugen zum Schutz vor Kavitation statt, was jedoch für die nachfolgende Betrachtung nicht von Bedeutung ist. Der zeitliche Abbildungsmaßstab des Diagramms wurde an den langsameren Hub angepaßt.This magnetic power requirement results on the one hand from the currently applied force and on the other hand from the resulting residual membrane gap between each residual air gap between the inner end face of the pressure piece 22 and the inner end face of the magnetic shell 24. It results in a characteristic current flow l M during Dosierhubs, as he in particular in Fig. 19 is shown. The oscillogram shown there shows an example of the current profile with a stroke distributed over approx. 2.0 s over a stroke length of 2 mm and nominal working pressure of 10 bar. At the end of the stroke, a slower aspiration to protect against cavitation takes place, but this is not important for the following consideration. The time scale of the diagram was adapted to the slower stroke.

Die untere Kurve lM zeigt anfangs einen relativ steilen Stromanstieg, bis die Membran 13 sich in Bewegung setzt. Nach einem kurzen Überschwingen steigt der Strom mit fortschreitender Bewegung zunächst weiter an bis zum Erreichen eines Strommaximums. Ab diesem Punkt fällt der Strom für den restlichen Weg ungefähr linear ab bis zum Erreichen des Endanschlags EPos. In der Ansaugphase verhindert ein weiterer Stromfluß ein zu schnelles Zurücklaufen der Membran als Schutz vor Kavitation. Aus diesem charakteristischen Verhalten können folgende Rückschlüsse gezogen werden:

  • Der erste schnelle Stromanstieg (im Beispieldiagramm der Zeitbereich 0 bis 80ms) wird verursacht durch das induktive Verhalten der Magnetspule 2, welches keine Stromänderung in Nullzeit zulässt, sowie die Geschwindigkeit der Regeleinrichtung, die sich zunächst auf die geforderte Bewegung einstellen muss. Der ansteigende Strom lässt die Magnetkraft ansteigen, bis die äußeren Kräfte überwunden werden und sich das Druckstück 20 zusammen mit der Membran 13 in Bewegung setzt. In dieser Phase wird in erster Linie das Magnetfeld aufgebaut.
  • Der quasi lineare Stromanstieg nach dem ersten Regeleinschwingvorgang bis zum eigentlichen Strommaximum (im Beispieldiagramm der Zeitbereich 80ms bis 400ms) lässt auf einen ansteigenden Kraftbedarf schließen, da der Magnetstrom bei konstanter Kraft und abnehmendem Luftspalt gleichfalls abnehmen müsste. In dieser Phase wird im Dosierraum 16 bei noch geschlossenem Auslaßventil 15 der Innendruck kontinuierlich erhöht, indem die Membran 13 eine zunehmende Kraft ausübt und sich dabei elastisch verformt. Bei diesem Vorgang bewegt sich der Membrankern 30 in den Dosierraum 16 hinein, baut Druck auf, und der elastische Walkbereich der Membran weicht in gleichem Maß dem Druck nachgebend gegenläufig zur Bewegung des Membrankerns zurück. Die Membran 13 verformt sich in sich selbst, in der Summe findet aber so gut wie keine Volumenänderung statt, was auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß das Dosiermedium praktisch nicht komprimierbar ist und zu diesem Zeitpunkt beide Ventile geschlossen sind. Am Ende dieser Phase entspricht der Kammerdruck dem äußeren Arbeitsdruck. Der bis hierhin zurückgelegte Weg entspricht dem Betrag der Membranverformung, also dem Totbereich zu Beginn der Dosierung, und trägt praktisch nicht zur Dosierung bei. Die aktuelle Position wird gespeichert und als gemessene Verformung im weiteren Verlauf des Dosiervorgangs berücksichtigt (im Beispieldiagramm ist der Totbereich 0,3mm).
  • Am Punkt des Druckgleichgewichts öffnet das druckseitige Auslaßventil 15. Nun ist der auf die Membran 13 wirkende Druck praktisch identisch mit dem äußeren Arbeitsdruck und erhöht sich nicht weiter, als Folge bildet der Magnetstrom eine konstant wirkende Kraft bei abnehmendem Restluftspalt ab und fällt bei weiter fortschreitender Bewegung kontinuierlich (im Beispieldiagramm der Zeitbereich ab 400ms). Da die Strömungsgeschwindigkeit des Dosiermediums durch Anwendung der beschriebenen Verfahren vernachlässigbar klein bleibt, entstehen keine nennenswerten Druckschwankungen, so dass weiterhin aus dem Stromverlauf auf die Magnetkraft geschlossen werden kann (siehe Fig. 19).
  • Der Verlauf des Magnetstroms nach Erreichen des Druckgleichgewichts und Öffnen des Auslaßventils 15 ist für die hier beschriebene Messung der Membranverformung nicht weiter relevant. Bei der praktischen Durchführung der Messung der Membranverformung kann daher beispielsweise zunächst eine lineare Vorwärtsbewegung mit einem Geschwindigkeitssollwert geregelt werden, welcher für das Ausmessen des Strommaximums optimiert ist, und unmittelbar nach dem Erfassen und Abspeichern der Membranverformung auf einen abweichenden Bewegungsablauf umgeschaltet werden, der nach den Erfordernissen einer der übrigen beschriebenen Funktionen gestaltet ist. Beispielsweise kann so zu Beginn des Hubs innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne die Membranverformung gemessen und danach der eigentliche Dosierhub über die restliche zur Verfügung stehende Zeit als Langsamdosierung ausgeführt werden.
The lower curve shows a l M initially relatively steep current increase until the membrane 13 starts to move. After a brief overshoot, the current continues to increase as the movement progresses, until a current maximum is reached. From this point, the current drops approximately linearly for the remainder of the way until the end stop EPos is reached. In the suction phase, a further current flow prevents the membrane from running back too fast as protection against cavitation. The following conclusions can be drawn from this characteristic behavior:
  • The first fast current increase (in the example diagram of the time range 0 to 80ms) is caused by the inductive behavior of the solenoid 2, which does not allow zero current change, as well as the speed of the control device, which must first adjust to the required movement. The rising current causes the magnetic force to increase until the external forces are overcome and the pressure piece 20 moves together with the diaphragm 13 in motion. In this phase, the magnetic field is built up in the first place.
  • The quasi-linear current increase after the first Regeleinschwingvorgang up to the actual maximum current (in the example diagram of the time range 80ms to 400ms) suggests an increasing power requirement, since the magnetic current at a constant force and decreasing air gap would also decrease. In this phase, the inner pressure is continuously increased in the metering chamber 16 with the exhaust valve 15 still closed, by the membrane 13 exerts an increasing force and thereby deforms elastically. In this process, the membrane core 30 moves into the metering chamber 16, builds up pressure, and the elastic Walk region of the membrane deviates to the same extent the pressure yielding in opposite directions to the movement of the membrane core back. The membrane 13 deforms in itself, but in total there is virtually no change in volume, which is due to the fact that the metering medium is virtually incompressible and at this time both valves are closed. At the end of this phase, the chamber pressure corresponds to the external working pressure. The distance traveled so far corresponds to the amount of membrane deformation, ie the dead zone at the beginning of the dosage, and practically does not contribute to the dosage. The current position is saved and taken into account as measured deformation in the course of the dosing process (in the example diagram the dead band is 0.3 mm).
  • At the point of pressure equilibrium opens the pressure-side outlet valve 15. Now, the pressure acting on the diaphragm 13 is virtually identical to the external working pressure and does not increase further, as a result, the magnetic current forms a constant force with decreasing residual air gap and falls as the movement continues continuous (in the example diagram the time range from 400ms). Since the flow rate of the dosing medium remains negligibly small by using the described method, no appreciable pressure fluctuations occur, so that it is still possible to deduce the magnetic force from the course of the current (see FIG. 19).
  • The course of the magnetic current after reaching the pressure equilibrium and opening the outlet valve 15 is not relevant for the measurement of membrane deformation described here. In the practical implementation of the measurement of the membrane deformation therefore, for example, first a linear forward movement can be controlled with a speed setpoint, which is optimized for measuring the maximum current, and are switched immediately after the detection and storage of the membrane deformation to a different course of motion, according to the requirements one of the other functions described is designed. For example, at the beginning of the stroke within a relatively short period of time, the membrane deformation can be measured and then the actual metering stroke can be carried out as a slow metering over the remaining available time.

Die durch Beobachtung des Magnetstromverlaufs gemessene Membranverformung kann nun als Grundlage für eine Korrektur der mechanischen Hublänge HL verwendet und in den auszuführenden Membranweg mit eingerechnet werden. Hierzu wird der Punkt des Strommaximums als eigentlicher Startpunkt der Dosierung festgelegt, ab dem die gewünschte Hublänge ausgeführt und der Hub dann beendet wird, noch bevor der mechanische Endanschlag durch Auftreffen des Druckstücks 20 auf die innere Stirnfläche des Magnetmantels 24 erreicht wird. Bei Arbeitsdrücken unterhalb des Nenndrucks fällt die Membranverformung geringer aus und der letzte Teil des möglichen mechanischen Wegs des Druckstücks bleibt ungenutzt, d.h. der Luftspalt wird nicht vollständig geschlossen.The membrane deformation measured by observation of the magnetic current profile can now be used as the basis for a correction of the mechanical stroke length HL and included in the membrane path to be carried out. For this purpose, the point of the current maximum is set as the actual starting point of the dosage, from which the desired stroke length is executed and the stroke is then stopped, even before the mechanical end stop is reached by impingement of the pressure piece 20 on the inner end face of the magnetic jacket 24. At working pressures below the rated pressure, the membrane deformation will be less and the last part of the possible mechanical path of the pressure pad will remain unused, i. the air gap is not completely closed.

Die Verformung der Membran ist u.a. abhängig von Materialeigenschaften und kann sich daher durch Alterung verändern bzw. wird Exemplarstreuungen unterliegen. Diesen beiden Aspekten wird Rechnung getragen, indem für die Korrektur der Membranverformung kein vordefinierter, aus Bauteileparametern abgeleiteter Wert verwendet wird, sondern bei jedem Hub die konkreten Verhältnisse meßtechnisch neu erfaßt werden.The deformation of the membrane is i.a. Depending on material properties and can therefore change due to aging or will be subject to specimen spreads. These two aspects are taken into account by no predefined, derived from component parameters value is used for the correction of the membrane deformation, but at each stroke the specific conditions are re-measured by measurement.

Der Magnetstrom kann meßtechnisch erfaßt werden, was aber nicht unbedingt erforderlich ist. Da der Verstärker 42 die korrigierte Stellgröße KSG als Magnetstromvorgabe entsprechend dem Faktor k2 in einen Magnetspulenstrom IM umsetzt, kann die korrigierte Stellgröße KSG unmittelbar als Abbild des Magnetstroms verwendet werden, womit dieser zur weiteren Verarbeitung ohne zusätzlichen meßtechnischen Aufwand aus ohnehin vorhandenen Signalen der Regeleinrichtung abgeleitet werden kann.The magnetic current can be detected by measurement, but this is not absolutely necessary. Since the amplifier 42 converts the corrected manipulated variable KSG as a magnetic current input according to the factor k2 into a magnetic coil current I M , the corrected manipulated variable KSG can be used directly as an image of the magnetic current, whereby this is used for further processing without additional measuring effort can be derived from already existing signals of the control device.

Verbesserung der Dosiergenauigkeit im TeilhubbetriebImprovement of dosing accuracy in partial lift operation

Das im vorherigen beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Verformung der Membran aufgrund deren Elastizität durch Beobachtung des Magnetstromverlaufs ermöglicht auch eine Verbesserung der Genauigkeit im Teilhubbetrieb.The above-described method for determining the deformation of the diaphragm due to its elasticity by observing the magnetic current waveform also enables an improvement in the accuracy of the partial lift operation.

Bei einer Magnetdosierpumpe nach dem Stand der Technik ohne Kompensation der Membranverformung ist die Dosierleistung nicht nur druckabhängig, sondern zusätzlich im Teilhubbetrieb nicht streng proportional zur eingestellten mechanischen Hublänge. Vielmehr beginnt die effektive Dosierung beim Hub erst nach einem anfänglichen Totbereich ab dem Punkt der vollständigen Membranverformung. Trägt man eine Kennlinie auf, die die Dosierleistung in Abhängigkeit von der eingestellten mechanischen Hublänge zeigt, ergibt sich eine linear ansteigende Kurve, die erst ab einer Mindesthublänge entsprechend dem Totbereich von xT1, xT2, xT3... xTn eine reale Dosierleistung aufweist (s. Fig. 12). Da diese Mindesthublänge der Membranverformung entspricht, ist sie zudem vom Arbeitsdruck p1, p2, p3... pn abhängig.In a magnetic metering pump according to the prior art without compensation of the membrane deformation, the metering is not only pressure-dependent, but also in Teilhubbetrieb not strictly proportional to the set mechanical stroke length. Rather, the effective metering on stroke only begins after an initial dead zone from the point of complete membrane deformation. If one plots a characteristic which shows the metering power as a function of the set mechanical stroke length, a linearly rising curve results, which only after a minimum stroke length corresponding to the dead zone of x T1 , x T2 , x T3 ... X Tn is a real metering performance has (see Fig. 12). Since this minimum stroke length corresponds to the membrane deformation, it is also dependent on the working pressure p 1 , p 2 , p 3 ... P n .

Diese Kennlinienverschiebung xT1, xT2, xT3... xTn bedingt bei bisheriger Technik eine Nachkalibrierung unter realen Arbeitsbedingungen, sobald die bisher eingestellte Hublänge wesentlich verändert wird, da die neue Dosierleistung nicht mit genügender Genauigkeit über eine proportionale Umrechnung aus der bisherigen und der neu eingestellten Hublänge ermittelt werden kann.This characteristic shift x T1 , x T2 , x T3 ... x Tn requires prior art recalibration under real working conditions as soon as the previously set stroke length is significantly changed, since the new dosing with sufficient accuracy via a proportional conversion from the previous and the newly set stroke length can be determined.

Wird die Membranverformung kompensiert, wie vorher beschrieben, so wird auch der Proportionalitätsfehler im Teilhubbetrieb eliminiert, so dass die Dosierpumpe praktisch über den vollen nutzbaren Einstellbereich der Hublänge von z.B. 20%-100% betrieben werden kann, ohne die bisher notwendigen Nachkalibrierungen durchführen zu müssen, die bei einer ungeregelten Dosierpumpe bei einer Verstellung der Hublänge um mehr als z.B. 10% notwendig sind, um die spezifizierte Dosiergenauigkeit sicherzustellen.If the membrane deformation is compensated, as previously described, then the proportional error in the partial stroke operation is also eliminated, so that the metering pump is practically over the full usable adjustment range of the stroke length of e.g. 20% -100% can be operated without having to perform the previously necessary recalibrations, which in an unregulated metering pump with an adjustment of the stroke length by more than. 10% are necessary to ensure the specified metering accuracy.

Abschätzung des Arbeitsdrucks anhand gemessener elektrischer Größen; elektronische Druckbegrenzung; ÜberdruckerkennungEstimation of the working pressure based on measured electrical quantities; electronic pressure limitation; Overpressure detection

Die vorher beschriebene Messung der Membranverformung erlaubt unter Zugrundelegung von Erfahrungswerten für die Materialeigenschaften der Membran hinreichend genaue Rückschlüsse auf den Arbeitsdruck, um damit zusätzliche, nachfolgend beschriebene Funktionen zu realisieren.The previously described measurement of the membrane deformation allows on the basis of empirical values for the material properties of the membrane sufficiently accurate conclusions about the working pressure in order to realize additional functions described below.

Ungeregelte Magnetdosierpumpen nach dem Stand der Technik haben die grundsätzliche Eigenschaft, dass die Kraft, die der Antriebsmagnet entwickelt, im Verlauf der Hubbewegung durch den kleiner werdenden Luftspalt stark zunimmt. Der Magnetstrom ist so bemessen, dass die Kraft im Anlaufpunkt, d.h. bei größtem Luftspalt, für den Nennarbeitsdruck ausreicht. Am Hubende wird ein Mehrfaches dieser Kraft aufgebracht. Dies hat zur Folge, dass die Pumpe bei fehlerhafter Verrohrung, z.B. bei versehentlich geschlossenen Absperrorganen, einen Druck entwickeln kann, der stark über den Maximalbetriebsdruck ansteigt, vor allem, wenn sie im Teilhub, also bei reduzierter Hublänge, betrieben wird.Unregulated magnetic metering pumps according to the prior art have the fundamental property that the force that develops the drive magnet, in the course of the lifting movement by the decreasing air gap increases sharply. The magnet current is sized so that the force at the point of approach, i. at the largest air gap, sufficient for the rated working pressure. At the end of the stroke a multiple of this force is applied. This has the consequence that the pump in case of faulty piping, e.g. in the case of accidentally closed shut-off devices, it is possible to develop a pressure which rises sharply above the maximum operating pressure, especially if it is operated in the partial stroke, that is to say with a reduced stroke length.

Bei Magnetpumpen, die mithilfe eines Positionssensors und einer Regelung die Membranbewegung kontrollieren, ist hingegen jederzeit die Position des Druckstücks und damit die Länge des Restluftspalts feststellbar. Zusammen mit der bekannten Strom-Kraft-Weg-Kennlinie des Antriebsmagneten ist es möglich, den Maximalstrom, mit dem die Regeleinrichtung den Magneten ansteuern kann, im Verlauf des Dosierhubs an die aktuelle Membranposition dynamisch so anzupassen, dass die entwickelte Maximalkraft über den gesamten Weg auf annähernd konstante Werte begrenzt bleibt. Damit kann der entwickelte Maximaldruck wesentlich genauer und unabhängig von der eingestellten Teilhublänge begrenzt werden, so dass sich der Einsatz zusätzlicher druckbegrenzender Betriebsmittel in vielen Fällen erübrigen kann.For magnetic pumps that use a position sensor and a controller to control the membrane movement, however, the position of the pressure piece and thus the length of the residual air gap can be determined at any time. Together with the known current-force-displacement characteristic of the drive magnet, it is possible to dynamically adjust the maximum current with which the controller can control the magnet in the course of Dosierhubs to the current membrane position, that the developed maximum force over the entire way remains approximately constant values limited. Thus, the developed maximum pressure can be much more accurately and independently of the set Teilhublänge be limited, so that the use of additional pressure-limiting resources can be unnecessary in many cases.

Die Anwendung der Erfindung ermöglicht darüber hinaus, dass die Steuerung der Dosierpumpe durch eigenständige Messungen Kenntnis über den Überdruckzustand erlangen kann, so dass ohne Mitwirkung externer Betriebsmittel eine Reaktion auf diesen Zustand möglich ist, wie z.B. das Erzeugen eines Meldealarms und/oder Stillsetzen der Dosierpumpe.The application of the invention moreover makes it possible that the control of the metering pump can obtain information on the overpressure state by independent measurements, so that a reaction to this state is possible without the involvement of external operating means, such as e.g. the generation of a message alarm and / or stopping the metering pump.

Die erzielbare Genauigkeit dieser Funktionen hängt von der Reproduzierbarkeit der zugrundeliegenden Materialeigenschaften vor allem der Membran ab. Diese Genauigkeit kann durch eine einmalige Kalibrierung in der Produktionsphase oder in der konkreten Anwendung erhöht werden, indem die Dosierpumpe bei bekanntem Druck betrieben wird und dann für die weiteren Berechnung das Verhältnis zwischen diesem bekannten Druck und der dabei festgestellten Membranverformung zugrundegelegt wird.The achievable accuracy of these functions depends on the reproducibility of the underlying material properties, especially of the membrane. This accuracy can be increased by a single calibration in the production phase or in the actual application by the metering pump is operated at a known pressure and then for the further calculation, the ratio between this known pressure and the membrane deformation found in this case is used.

Die vorher beschriebenen Einsatzmöglichkeiten des Positionsgebers zusammen mit der Regelung zeigen, daß durch den Einsatz eines Positionssensors z.B. an der Schubstange oder am Druckstück während des gesamten Hub- und Ansaugvorgangs die genaue Lage der Membran festgestellt und überwacht werden kann. Die Lagefeststellung und Überwachung führt dazu, daß situationsbezogene Steuervorgaben, die zu den beschriebenen Vorteilen führen, mittels der Istwertmessung exakt eingehalten werden.The above-described applications of the position sensor together with the scheme show that the exact position of the membrane can be detected and monitored by the use of a position sensor, for example on the push rod or the pressure piece during the entire lifting and suction. The situation assessment and monitoring means that situational Control specifications that lead to the described advantages are accurately maintained by means of the actual value measurement.

Kühlung des Magneten und weiterer KomponentenCooling of the magnet and other components

Gegenüber Magnetdosierpumpen bisheriger Bauart wird bei bestimmten Betriebsarten wie z.B. der Langsamdosierung die Magnetspule 2 für wesentlich längere Zeit bis hin zum kontinuierlichen Betrieb mit Strom beaufschlagt, was eine deutlich erhöhte Verlustwärme zur Folge hat. Insbesondere beim Einbau in ein Kunststoffgehäuse stellt sich das Problem der Wärmeabfuhr. Magnetdosierpumpen werden oft in ein Kunststoffgehäuse in spritzwassergeschützter Ausführung eingebaut, um in der typischen Anwendung eine Verbesserung der Unempfindlichkeit gegenüber aggressiven Chemikalien zu erreichen. In diesen Fällen stellt sich bei geregelten Magnetdosierpumpen die Aufgabe, die Kühlung allein durch Wärmeleitung durch die Gehäusewand hindurch ohne Luftaustausch sicherzustellen.Compared to magnetic metering pumps of previous design is in certain modes such. the slow dosing applied to the solenoid 2 for much longer time to continuous operation with power, resulting in a significantly increased heat loss result. In particular, when installed in a plastic housing, the problem of heat dissipation. Magnetic metering pumps are often installed in a plastic housing in a splash-proof design in order to improve the insensitivity to aggressive chemicals in typical applications. In these cases, the task of controlled magnetic metering pumps is to ensure cooling solely by heat conduction through the housing wall without exchange of air.

Bei Magnetdosierpumpen bisheriger Bauart ist der Magnet meist so in das Gehäuse 1 eingebaut, daß der Magnetmantel 17 in einem möglichst großen Bereich seiner Oberfläche wärmeleitenden Kontakt mit dem Gehäuse 1 hat; dieser Kontakt kann z.B. durch Umspritzen des Magneten bei der Herstellung des Gehäuses verbessert werden. Die Wärmeabfuhr erfolgt zu einem Teil durch diese Grenzfläche vom Magnetmantel 17 zur Innenwand des Gehäuses 1. Der andere Teil der Verlustwärme des Magneten wird zusammen mit der Verlustwärme weiterer Komponenten im Innern des Gehäuses an die Gehäuseinnenluft abgegeben, die sich entsprechend erwärmt. Diese Wärme wird durch Konvektion ebenfalls an die Innenwand des Gehäuses weitergeleitet, von wo sie gemeinsam mit dem direkt eingekoppelten Anteil der Verlustwärme des Magneten durch die Wand des Gehäuses 1 hindurch geleitet und letztendlich durch Konvektion von der Außenwand des Gehäuses 1 an die umgebende Luft abgegeben wird. Aufgrund des mehrmaligen Grenzflächenübergangs ausschließlich durch Konvektion und des meist nicht sehr guten Wärmekontakts des Magnetmantels 17 zum Gehäuse 1, z.B. bedingt durch Paßgenauigkeit, Entformungsschräge des Kunststoffgehäuses u.ä., wird der Magnet bereits im ungeregelten Betrieb nach bisheriger Ausführung sehr heiß; die Temperatur kann so z.B. oberhalb 100°C liegen. Die Außenwand des Gehäuses wird insbesondere im Bereich oberhalb des Magneten ebenfalls sehr heiß, was meist durch die Ausgestaltung mittels Gehäuserippen 3 aufgefangen wird, die u.a. als Berührungsschutz wirken, indem nur noch ein kleiner Anteil der Gesamtoberfläche, nämlich der obere Teil des Kamms der Rippen, berührbar ist. Da die Gehäuserippen 3 bei Berührung gegenüber einer glatten Fläche deutlich weniger Wärme an die Haut abgeben, wird die Gehäusetemperatur dadurch als weniger heiß empfunden. Allerdings behindern die Rippen durch die Bildung relativ schmaler Luftkanäle die Konvektion und verschlechtern somit die Wärmeabgabe des Gehäuses, was sowohl die Oberflächen- als auch die Innentemperatur weiter erhöht.In the case of magnetic metering pumps of the previous type, the magnet is usually installed in the housing 1 in such a way that the magnet jacket 17 has heat-conducting contact with the housing 1 in the largest possible area of its surface; This contact can be improved, for example by encapsulation of the magnet in the manufacture of the housing. The heat dissipation takes place in part through this interface from the magnetic sheath 17 to the inner wall of the housing 1. The other part of the heat loss of the magnet is discharged together with the heat loss of other components in the interior of the housing to the inner housing air, which heats up accordingly. This heat is also forwarded by convection to the inner wall of the housing, from where it is passed together with the directly coupled portion of the heat loss of the magnet through the wall of the housing 1 and ultimately discharged by convection from the outer wall of the housing 1 to the surrounding air , Due to the multiple interface transition exclusively by convection and the usually not very good thermal contact of the magnetic shell 17 to the housing 1, for example due to registration accuracy, Entformungsschräge the plastic housing, etc., the magnet is already very hot in unregulated operation according to the previous version; the temperature may be above 100 ° C, for example. The outer wall of the housing is also very hot especially in the region above the magnet, which is usually absorbed by the design by means of housing ribs 3, which, inter alia, act as shock protection, in that only a small portion of the total surface, namely the upper part of the comb of the ribs, can be touched. Since the housing ribs 3 deliver significantly less heat to the skin when touched against a smooth surface, the case temperature is thus perceived as less hot. However, the formation of relatively narrow air channels obstructs the convection and worsens the ribs thus the heat dissipation of the housing, which further increases both the surface temperature and the internal temperature.

Bei einer erfindungsgemäßen Magnetdosierpumpe reicht die herkömmliche Gestaltung der Wärmeabfuhr aufgrund der geschilderten Problematik, gerade bei langsam ausgeführten Hüben, nicht aus. Es ist eine wesentlich effektivere Wärmeabfuhr erforderlich, die durch Zwangsumwälzung der Innenluft mit Hilfe eines Ventilators erfolgt. In der Fig. 13 ist das Konzept der Kühlung näher dargestellt. Im oberen Teil des Gehäuses 1 ist der Magnet zentriert durch mehrere, im näher beschriebenen Ausführungsbeispiel drei Haltestege 50 so eingebaut, daß der Magnetmantel 17 in einem größtmöglichen Bereich seines Umfangs sowie seiner Stirnflächen einen lichten Abstand z.B. von mindestens 5-10 mm zum Gehäuse 1 hat. Im unteren Teil des Gehäuses ist die Ansteuerelektronik 44 und ein Ventilator 43 so angeordnet, daß der Ventilator einen zirkulierenden Luftstrom 47 erzeugt, der den Magnetmantel 17 und die ebenfalls zu kühlenden elektronischen Leistungsbauteile 45 umströmt. Der Ventilator 43 kann wie im näher beschriebenen Ausführungsbeispiel Bestandteil der Ansteuerelektronik 44 oder ein eigenständig im Gehäuse 1 angebrachtes Bauteil sein. Natürlich kann der Ventilator auch an anderer Stelle angeordnet sein; wichtig ist, dass die Luftumwälzung sicherstellt, dass die anfallende Wärmemenge abgeführt wird, indem die Wärme möglichst gleichmäßig an alle Bereiche der Gehäuseinnenwand gelangt und diese so für die Wärmeabfuhr nutzt. Denkbar ist auch, dass der Ventilator außerhalb des Gehäuses liegt und mit diesem dichtend verbunden ist.In the case of a magnetic metering pump according to the invention, the conventional design of the heat removal due to the described problem, especially with slowly executed strokes, is not sufficient. There is a much more effective heat removal required by forced circulation of the internal air by means of a fan. In Fig. 13, the concept of cooling is shown in more detail. In the upper part of the housing 1, the magnet is centered by a plurality of, in the described embodiment, three holding webs 50 installed so that the magnetic jacket 17 in a maximum range of its circumference and its end faces a clearance distance, for. of at least 5-10 mm to the housing 1 has. In the lower part of the housing, the control electronics 44 and a fan 43 is arranged so that the fan generates a circulating air flow 47, which flows around the magnetic sheath 17 and also to be cooled electronic power components 45. The fan 43 may be part of the control electronics 44 or an independently mounted in the housing 1 component as in the embodiment described in detail. Of course, the fan can also be arranged elsewhere; It is important that the air circulation ensures that the amount of heat is dissipated by the heat as evenly as possible reaches all areas of the housing inner wall and thus uses them for heat dissipation. It is also conceivable that the fan is located outside the housing and is sealed to this.

Die Anordnung der Haltestege 50 sowie der Freiraum zwischen Magnetmantel 17 und Gehäuse 1 bilden einen oder mehrere Strömungskanäle, die den Luftstrom 47 möglichst effektiv und großflächig um die gesamte Oberfläche des Magneten herumlenken und die Luft an allen Teilen der Innenwand des Gehäuses 1 vorbeiführen. Die Verlustwärme des Magneten wird beim Ausführungsbeispiel sehr viel effektiver als durch reine Konvektion an die Innenluft abgegeben und durch die intensive Verwirbelung ebenso gut in die Wandung des Gehäuses 1 weitergeleitet. Wesentlich ist hierbei auch, dass im Gegensatz zur bisherigen Bauweise nicht nur hauptsächlich der Bereich des Gehäuses erwärmt wird, der in Kontakt zum Magnet steht, sondern bei Anwendung der Erfindung praktisch die gesamte Oberfläche des Gehäuses gleichmäßig erwärmt wird und somit zur Wärmeabgabe an die umgebende Luft beiträgt. Die bei bisheriger Ausführung entstehenden besonders heißen Bereiche der Gehäuseoberfläche insbesondere oberhalb des Magneten werden so vermieden, so daß z.B. auch die Gehäuserippen 3 zur Minimierung der berührbaren Kontaktfläche entfallen können. Dies verbessert die Wärmeabgabe des Gehäuses nochmals, da die mit den Gehäuserippen 3 einhergehende Behinderung der Konvektion ebenfalls entfällt.The arrangement of the holding webs 50 and the space between the magnetic jacket 17 and the housing 1 form one or more flow channels, which deflect the air flow 47 as effectively and over a large area around the entire surface of the magnet and the air pass all parts of the inner wall of the housing 1. The heat loss of the magnet is given in the embodiment much more effective than by convection alone to the inside air and passed through the intense turbulence just as well into the wall of the housing 1. It is also important here that, in contrast to the previous design not only mainly the area of the housing is heated, which is in contact with the magnet, but practically the entire surface of the housing is uniformly heated by application of the invention and thus heat dissipation to the surrounding air contributes. The particularly hot areas of the housing surface which arise in the previous embodiment, in particular above the magnet, are thus avoided, so that, for example, the housing ribs 3 can also be omitted to minimize the contact surface that can be touched. This improves the heat dissipation of the housing again, since the associated with the housing ribs 3 obstruction of the convection is also eliminated.

Im näher beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Hubdeckel 28 so ausgeführt, daß er einen Teil des Luftstroms 47 gezielt am Positionssensor 36 vorbeiführt und diesen Teil des Luftstroms über eine oder mehrere Ausströmöffnungen 46 dem Hauptluftstrom wieder zuleitet. Aufgrund der prinzipbedingten Montage des Positionssensors 36 eng am (heißen) Magneten ist der Positionssensor besonders hohen Temperaturen ausgesetzt. Bei passiver Kühlung nach dem Stand der Technik würde der Magnet aufgrund der schlechteren Wärmeabfuhr sehr hoch aufgeheizt, und der Positionssensor 36 würde seinerseits in etwa die Oberflächentemperatur des Magneten annehmen. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Kühlung durch Luftumwälzung wird die Temperatur des Positionssensors 36 annähernd im Bereich der Innenlufttemperatur gehalten, sofern insbesondere bei der Konstruktion des Sensorträgers 31 darauf geachtet wird, daß dieser eine ausreichende thermische Abgrenzung der Sensorelemente (CCD-Empfänger 32 und Lichtquelle 33) zu den metallischen Teilen des Magneten hin sicherstellt. Das Gesagte gilt sinngemäß auch für eine eventuell im Gehäusedeckel (5) eingebaute Elektronik (6). Diese wird ebenfalls durch einen gezielt über sie hinweg geleiteten Teilluftstrom 49 gekühlt.In the embodiment described in more detail, the lifting cover 28 is designed so that it selectively passes a portion of the air flow 47 at the position sensor 36 and this part of the air flow via one or more outflow openings 46 the main air flow again. Due to the principle-based mounting of the position sensor 36 close to the (hot) magnet, the position sensor is exposed to particularly high temperatures. With passive cooling of the prior art, the magnet would be heated very high due to the poorer heat dissipation, and the position sensor 36 would in turn assume approximately the surface temperature of the magnet. When using the cooling by air circulation according to the invention, the temperature of the position sensor 36 is maintained approximately in the range of the inside air temperature, if care is taken in particular in the construction of the sensor carrier 31, that this sufficient thermal delimitation of the sensor elements (CCD receiver 32 and light source 33) ensures the metallic parts of the magnet. The above applies mutatis mutandis to any possibly in the housing cover (5) built-in electronics (6). This is also cooled by a deliberately guided over them away partial air flow 49.

Positionssensorposition sensor

Wie bereits ausgeführt, ist als Positionsgeber in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Schattenkörper 35 für das Abtasten der Position an der verlängerten Schubstange 19 angebracht, dessen Schatten auf die Zeile aus CCD-Zellen 32 (CCD = charged coupled device; ladungsgekoppelter optischer Empfängerbaustein) abgebildet wird. Die bei diesem Ausführungsbeispiel näher beschriebenen aktiven Sensorelemente, die die Position erfassen, sind an der dem Dosierkopf abgewandten Seite des Druckstücks angeordnet. Als Lichtquelle 33 dient eine LED, der optische Empfänger ist ein elektronischer Baustein mit einer CCD-Zeile 32, welche hier gemeinsam auf einem Zwischenteil, dem Sensorträger 31, montiert sind. Die Montage auf dem Sensorträger 31 ermöglicht es, den Positionssensor 36 im Produktionsablauf als eigenständige Baugruppe zu behandeln und z.B. getrennt vorzumontieren und außerhalb des endgültigen Einbauorts in seiner Funktion zu prüfen. Darüber hinaus stellt die beschriebene lichtschrankenähnliche Anordnung einen berührungs- und damit verschleißfrei arbeitenden Sensor dar.As already stated, as the position transmitter in the described embodiment, the shadow body 35 for scanning the position is attached to the extended push rod 19 whose shadow is imaged on the line of charge coupled device (CCD) cells 32. The active sensor elements which are described in more detail in this exemplary embodiment and which detect the position are arranged on the side of the pressure piece facing away from the dosing head. As the light source 33 is an LED, the optical receiver is an electronic module with a CCD line 32, which are mounted here together on an intermediate part, the sensor carrier 31. The mounting on the sensor carrier 31 makes it possible to treat the position sensor 36 in the production process as a separate assembly and e.g. pre-assembled and tested outside the final installation site. In addition, the described photocell-like arrangement is a touch and thus wear-free working sensor.

Für die grundsätzliche Funktionsweise ist der Anbringungsort des Sensors ohne Bedeutung, die diesbezügliche Festlegung kann vielmehr nach baulichen Gesichtspunkten wie Platzverhältnisse, Montagereihenfolge usw. getroffen werden. Im übrigen können die hier als fest montiert beschriebenen Teile (Lichtquelle 33, Empfänger 32) und diejenigen, die sich zusammen mit der Membran bewegen (Schattenkörper 35), ihre Funktion auch tauschen.For the basic operation, the mounting location of the sensor is of no importance, the relevant determination can rather be made according to structural considerations such as space, assembly order, etc. Moreover, the parts described here as fixedly mounted (light source 33, receiver 32) and those moving together with the diaphragm (shadow body 35) can also change their function.

Der CCD-Baustein 32 wird im Ausführungsbeispiel von einer Auswerteeinheit angesteuert, die einen Mikroprozessor enthält und die benötigten Steuersignale erzeugt. Statt eines Mikroprozessors kann die Auswerteeinheit auch durch einen DSP (Digitaler Signal-Prozessor) oder in diskreter Technik realisiert werden.In the exemplary embodiment, the CCD module 32 is driven by an evaluation unit which contains a microprocessor and generates the required control signals. Instead of a microprocessor, the evaluation unit can also be realized by a DSP (Digital Signal Processor) or in discrete technology.

Als Lichtquelle 33 ist prinzipiell jedes Bauteil geeignet, das einen hinreichend eng begrenzten Leuchtfleck aufweist. Zusammen mit der in Fig. 7 näher dargestellten Abbildungsgeometrie bestimmt dieser die Breite des Schattenbereichs SV, s. auch Fig. 8.As a light source 33, in principle, each component is suitable, which has a sufficiently narrow confined spot. Together with the imaging geometry shown in more detail in FIG. 7, this determines the width of the shadow area SV, see FIG. also Fig. 8.

Als Lichtquelle 33 können auch mehrere Elemente oder ein Linienstrahler verwendet werden, mit deren Hilfe der Schattenverlauf SV nach besonderen Gesichtspunkten gezielt ausgebildet werden kann. Als Beispiel sei hier die Erzielung einer höheren Helligkeit genannt, ohne die Abbildungsschärfe in Bewegungsrichtung zu beeinträchtigen.It is also possible to use a plurality of elements or a line emitter as the light source 33, with the aid of which the shadow profile SV can be specifically designed according to particular aspects. As an example, the achievement of a higher brightness, without affecting the image sharpness in the direction of movement.

Die CCD-Zeile 32 ist eine lineare Anordnung von M optischen Empfängern (nachfolgend Pixels genannt), die in einem regelmäßigen Raster R von einigen µm angeordnet sind. Im Beispiel sind dies 128 Pixels im Raster von etwa 64µm auf einer Gesamtlänge von ca. 8mm, d.h. M = 128 und R = 64µm.The CCD line 32 is a linear array of M optical receivers (hereinafter called pixels) arranged in a regular raster R of several μm. In the example, this is 128 pixels in the grid of about 64μm on a total length of about 8mm, i. M = 128 and R = 64μm.

Die Steuersignale, die von der Auswerteeinheit erzeugt werden, legen die Belichtungszeit fest, während der die einzelnen Pixels der CCD-Zeile 32 die auftreffende Lichtmenge jeweils in einem eigenen Messverstärker innerhalb des CCD-Bausteins integrieren und zur späteren Auswertung zwischenspeichern. Diese Integration erfolgt nicht nur über die Belichtungsdauer, sondern auch über die lichtempfindliche Fläche jedes Pixels. Nach der Belichtung werden die zu den Pixels gehörenden Helligkeitswerte nacheinander durch weitere Steuersignale als Analogwerte aus dem CCD-Baustein ausgelesen und durch die Auswerteeinheit erfasst.The control signals which are generated by the evaluation unit, determine the exposure time, during which the individual pixels of the CCD line 32 integrate the incident light in each case in a separate amplifier within the CCD chip and cache for later evaluation. This integration occurs not only over the exposure time, but also across the photosensitive area of each pixel. After the exposure, the brightness values belonging to the pixels are successively read out of the CCD module by further control signals as analog values and detected by the evaluation unit.

Belichtung und Auslesen der Helligkeitswerte finden im einfachen Fall abwechselnd statt. Je nach Bauart bieten einige handelsübliche CCD-Zeilen-Bausteine auch Möglichkeiten für ein gleichzeitiges Ablaufen beider Vorgänge, indem sie die integrierten Messwerte nach der Belichtung zwischenspeichern und die Integratoren sofort wieder für eine nachfolgende Messung freigeben. Durch zeitgleiches Auslesen der Ergebnisse eines Messdurchgangs während der Belichtungsphase für den darauffolgenden Durchgang kann so die Messgeschwindigkeit erhöht werden.Exposure and readout of the brightness values take place alternately in the simple case. Depending on the design, some commercially available CCD line components also offer options for the simultaneous execution of both processes, by buffering the integrated measured values after the exposure and immediately releasing the integrators again for a subsequent measurement. By simultaneously reading out the results of a measurement run during the exposure phase for the subsequent passage, the measurement speed can be increased.

Im in Fig. 8 dargestellten Diagramm sind die integrierten Helligkeitswerte H dem tatsächlichen Schattenverlauf im Bereich der angesprochenen Pixels beim konkreten Ausführungsbeispiel entsprechend dargestellt. Der Schattenbereich SV erstreckt sich in diesem Beispiel über die Pixels #60 bis #63.In the diagram shown in FIG. 8, the integrated brightness values H are shown corresponding to the actual shadow profile in the area of the addressed pixels in the specific embodiment. The shadow area SV extends over the pixels # 60 to # 63 in this example.

Als einfaches Auswerteverfahren wird eine Entscheidungsschwelle Hv (in Fig. 8 als gestrichelte Linie dargestellt) willkürlich bei z.B. der Hälfte der Maximalhelligkeit festgelegt und dasjenige Pixel gesucht, dessen Helligkeitswert H am Schattenübergang als Erstes die Schwelle Hv unterschreitet; im Beispiel wäre dies das Pixel #62.As a simple evaluation method, a decision threshold H v (shown in Figure 8 as the dashed line.) Arbitrarily set at, for example half the maximum brightness and searched for the one pixel whose brightness value H, first, the threshold below the shadow transition H v; in the example this would be Pixel # 62.

Bei anderen Ausführungen kann der Helligkeitsverlauf gegenläufig von unbeleuchteten hin zu beleuchteten CCD-Zellen bei aufsteigender Pixelnummer sein; dies ist einerseits abhängig von der Anordnung der Elemente Lichtquelle 33, CCD-Baustein 32 und Schattenkörper 35 und andererseits von der internen Organisation des verwendeten CCD-Bausteins 32. In diesem Fall wird dasjenige Pixel gesucht, dessen Helligkeitswert am Schattenübergang als Erstes die Schwelle überschreitet.In other embodiments, the brightness profile may be in opposite directions from unlit to illuminated CCD cells with increasing pixel number; On the one hand, this depends on the arrangement of the elements light source 33, CCD module 32 and shadow body 35 and on the other hand on the internal organization of the CCD 32 used. In this case, the pixel whose brightness value at the shadow transition first exceeds the threshold is searched for.

Nach Ablauf der drei Phasen Belichtung, Auslesen und Verarbeitung liegt ein Positionswert vor. Der Gesamtzeitbedarf der drei Phasen bestimmt die Folgefrequenz, mit der Positionswerte erhalten werden. Die Messauflösung ist gleich dem Pixelraster R der CCD-Zeile, korrigiert um das Abbildungsverhältnis A, welches sich aus der Montagedistanz mit den einzelnen Komponenten ergibt.After the three phases of exposure, readout and processing, a position value is available. The total time requirement of the three phases determines the repetition rate at which position values are obtained. The measurement resolution is equal to the pixel pitch R of the CCD line, corrected by the imaging ratio A, which results from the mounting distance with the individual components.

Für das Abbildungsverhältnis A gilt (vergl. Fig. 9):
A = s'/s = x3/x2
For the imaging ratio A (see Fig. 9):
A = s' / s = x 3 / x 2

Hierbei ist s = Tatsächliche Bewegung der Schattenkante
s' = Projizierte Bewegung der Schattenkante in der Ebene des CCD
x2 = Abstand zwischen optisch wirksamer Schattenkante und Lichtquelle
x3 = Abstand zwischen CCD-Ebene und Lichtquelle
Where s = actual movement of the shadow edge
s' = Projected movement of the shadow edge in the plane of the CCD
x 2 = distance between optically effective shadow edge and light source
x 3 = distance between CCD plane and light source

Dieses Verfahren ermittelt die Position durch Auszählen von Pixels, ist also als digitales Verfahren anzusehen. Abweichungen und Verschiebungen linearer Parameter wie z.B. Bauteileempfindlichkeiten wirken sich auf das Ergebnis im Vergleich zu analogen Verfahren praktisch nicht aus. Ermittelt man das Abbildungsverhältnis A für praktische Werte, so haben Montagetoleranzen ebenfalls nur einen geringen Einfluss. In einem praktischen Ausführungsbeispiel mit x3 = 21 mm und x2 = 20mm ergibt sich ein Nominalwert für das Abbildungsverhältnis A von 1,05; d.h. eine Bewegung des Schattenkörpers 35 um eine bestimmte Strecke ergibt eine 1,05-fache Verschiebung des Schattenbereichs SV in der Ebene der CCD-Zellen 32. Angenommen sei nun eine Montagetoleranz für x3, d.h. eine mögliche Variation des Abstands der CCD-Zellen 32 von der Lichtquelle 33, um ±0,3mm, und ein konkreter Montagefall am oberen Ende dieses Toleranzbereichs mit x3 = 21,3mm und x2 = 20mm. In diesem Fall errechnet sich das Abbildungsverhältnis A zu 1,065. Das Abbildungsverhältnis ändert sich in diesem Beispiel um das Verhältnis 1,065/1,05 = 1,014 bzw. um +1,4%. Diese Abweichung kann durch eine einmalige Kalibrierung z.B. bei der Produktion leicht eliminiert werden. Die Linearität wird fast ausschließlich durch die Genauigkeit des Pixelrasters innerhalb der Chipgeometrie bestimmt, Abweichungen sind somit vernachlässigbar gering.This method determines the position by counting pixels, so it is to be regarded as a digital method. Deviations and displacements of linear parameters such as component sensitivities have practically no effect on the result compared to analogous methods. If one measures the imaging ratio A for practical values, assembly tolerances also have only a small influence. In a practical embodiment with x 3 = 21 mm and x 2 = 20 mm results in a nominal value for the imaging ratio A of 1.05; ie a movement of the shadow body 35 by a certain distance results in a 1.05-fold shift of the shadow area SV in the plane of the CCD cells 32. Let us now assume a mounting tolerance for x 3 , ie a possible variation of the distance of the CCD cells 32 from the light source 33 by ± 0.3 mm, and a concrete mounting case at the upper end of this tolerance range with x 3 = 21.3mm and x 2 = 20mm. In this case, the imaging ratio A is calculated to be 1.065. The imaging ratio changes by 1.065 / 1.05 = 1.014 or + 1.4% in this example. This deviation can easily be eliminated by a one-time calibration, eg during production. The linearity is determined almost exclusively by the accuracy of the pixel grid within the chip geometry, deviations are thus negligible.

Obgleich die vorher beschriebene Methode zur Bestimmung der Position des Schattenkörpers 35 und damit zur Stellung der Membran 13 bereits sehr genaue und lineare Positionswerte ergibt, kann durch Interpolation eine noch genauere Positionsauflösung erzielt werden. In dieser erweiterten Ausführung wird durch Auswertung der Pixelhelligkeiten H eine Positionsauflösung erzielt, z.B. zwischen Pixel 61 und 62 (vergl. Fig. 10), die feiner als das Pixelraster R ist, indem die Helligkeitswerte der Pixels im Bereich der Entscheidungsschwelle interpoliert werden. Ziel ist es, die Stelle zu bestimmen, an der der Helligkeitsverlauf die Entscheidungsschwelle HV schneidet, und diesem Schnittpunkt einen Wert auf einer virtuellen Positionsskala zuzuweisen, deren x-Werte jeweils in der Mitte der Pixels genau der Pixelnummer entsprechen.Although the previously described method for determining the position of the shadow body 35 and thus the position of the diaphragm 13 already yields very precise and linear position values, an even more accurate position resolution can be achieved by interpolation. In this advanced embodiment, by evaluating the pixel brightnesses H, a positional resolution is achieved, eg between pixels 61 and 62 (see Fig. 10), which is finer than the pixel raster R by interpolating the brightness values of the pixels in the region of the decision threshold. The goal is to determine the point at which the brightness curve intersects the decision threshold H V and to assign this point of intersection a value on a virtual position scale whose x-values in the middle of the pixel correspond exactly to the pixel number.

Hierzu werden die beiden Pixels links und rechts von der Entscheidungsschwelle HV gesucht und die Abstände ΔH der zugehörigen Helligkeitswerte von dieser Schwelle bewertet. Wie in Fig. 10 bzw. in Fig. 11 dargestellt, gilt:

  • Δxl/(Δxl + Δxr) = (ΔHl + ΔHr)
  • Δxl = ΔHl/(Δxl + Δxr)
For this purpose, the two pixels to the left and to the right of the decision threshold H V are searched for and the distances ΔH of the associated brightness values are evaluated from this threshold. As shown in FIG. 10 or in FIG. 11, the following applies:
  • Δx l / (Δx l + Δx r ) = (ΔH l + ΔH r )
  • Δx l = ΔH l / (Δx l + Δx r )

Die Abstände Δx, gerechnet von der jeweiligen Mittelachse jedes der beiden benachbarten Pixels, in diesem Beispiel der Pixels #61 und #62, in Vielfachen der Pixelbreite zum Schnittpunkt bilden mit den Helligkeitsabständen ΔH folgendes Verhältnis bezogen auf das links vom gesuchten Schnittpunkt gelegene Pixel #61 (linksseitiges Nachbarpixel): Δx I / ( Δ x I + Δx r ) = ΔH I / ( Δ H I + ΔH r )

Figure imgb0001
The distances .DELTA.x calculated from the respective center axis of each of the two adjacent pixels, in this example pixels # 61 and # 62, in multiples of the pixel width to the intersection form the following relationship with the brightness distances .DELTA.H relative to the pixel # 61 to the left of the searched intersection (left-side neighboring pixel): Ax I / ( Δ x I + Ax r ) = AH I / ( Δ H I + AH r )
Figure imgb0001

Mit (Δxl + Δxr)= 1 (1 Pixelbreite) ergibt sich: ΔH I = ΔH I / ( Δ H I + ΔH r )

Figure imgb0002
With (Δx l + Δx r ) = 1 (1 pixel width) the result is: AH I = AH I / ( Δ H I + AH r )
Figure imgb0002

Bezogen auf das rechts vom gesuchten Schnittpunkt gelegene Pixel #62 (rechtsseitiges Nachbarpixel) gilt das Verhältnis: Δx r / ( Δ x I + Δx r ) = ΔH r / ( Δ H I + ΔH r )

Figure imgb0003
Relative to the pixel # 62 (right-hand neighboring pixel) on the right of the desired intersection, the relationship applies: Ax r / ( Δ x I + Ax r ) = AH r / ( Δ H I + AH r )
Figure imgb0003

Mit (Δxl + Δxr)= 1 (1 Pixelbreite) ergibt sich: Δx r = ΔH r / ( Δ H I + ΔH r )

Figure imgb0004
With (Δx l + Δx r ) = 1 (1 pixel width) the result is: Ax r = AH r / ( Δ H I + AH r )
Figure imgb0004

In diesem Beispiel liegt der Schnittpunkt beim Wert 61,7. Folgt der Helligkeitsverlauf im Interpolationsbereich einer idealen Gerade, so führen beide Berechnungswege zum selben Ergebnis, es genügt also prinzipiell, eine der beiden Berechnungen durchzuführen. Mithilfe dieser Eigenschaft können jedoch Fehlerbeiträge durch einen nicht exakt geraden Helligkeitsverlauf im betrachteten Übergangsbereich oder durch immer zu erwartende Messungenauigkeiten minimiert werden, indem beispielsweise beide Berechnungen durchgeführt und deren Ergebnisse gemittelt werden.In this example, the intersection is 61.7. If the brightness progression in the interpolation range follows an ideal straight line, then both calculation paths lead to the same result, so it is basically sufficient to carry out one of the two calculations. However, with this property, error contributions can be minimized by a not exactly straight brightness curve in the considered transition range or by always expected measurement inaccuracies, for example by performing both calculations and averaging their results.

Bei anderen Ausführungen können je nach Helligkeitsverlauf die Verhältnisse beiderseits des Schnittpunkts bezüglich unbeleuchteter und beleuchteter CCD-Zellen vertauscht sein; in diesem Fall wechseln die Richtungsangaben links und rechts gegebenenfalls ihre Funktion und die Interpolationsgleichungen sind entsprechend anzupassen.In other embodiments, depending on the brightness curve, the conditions on both sides of the point of intersection with respect to unlit and illuminated CCD cells can be reversed; In this case, the direction information on the left and right, if necessary, change their function and the interpolation equations must be adapted accordingly.

Darüber hinaus sind auch andere Ausführungen möglich, bei denen die Helligkeitswerte von mehr als zwei Pixels zur Berechnung herangezogen werden. Die Position kann dann durch redundante Mehrfachberechnung und z.B. Mittelung mehrerer Ergebnisse gebildet werden. Als weitere Möglichkeit kann eine andere als die hier gezeigte lineare Interpolation bzw. eine Interpolation mit den Daten anderer als der direkten Nachbarpixels angewandt werden.In addition, other embodiments are possible in which the brightness values of more than two pixels are used for the calculation. The position can then be determined by redundant multiple calculation and e.g. Averaging several results are formed. As a further possibility, a different linear interpolation than shown here or an interpolation with the data other than the direct neighbor pixels can be used.

Abweichungen und Verschiebungen linearer Parameter wie z.B. Bauteileempfindlichkeiten wirken sich auf das Ergebnis nur innerhalb des Interpolationsbereichs aus. Die Steilheit des Helligkeitsverlaufs im Schattenübergang, resultierend aus der Schärfe der Abbildung der Schattenkante auf die CCD-Ebene, ist von untergeordneter Bedeutung, da von ihr die Interpolation innerhalb weiter Grenzen nicht beeinträchtigt wird; lediglich die Linearität des Helligkeitsverlaufs ist für die Genauigkeit der Interpolation ausschlaggebend.Deviations and displacements of linear parameters, e.g. Component sensitivities affect the result only within the interpolation range. The steepness of the brightness gradient in the shadow transition, resulting from the sharpness of the image of the shadow edge on the CCD plane, is of subordinate importance since it does not affect the interpolation within wide limits; only the linearity of the brightness curve is decisive for the accuracy of the interpolation.

Unabhängig von der vorher beschriebenen Interpolationsmethode können auf dem beschriebenen Grundprinzip aufbauend weitere Verfahren zur Verbesserung der Sensoreigenschaften genutzt werden. Diese Verfahren sind nachfolgend beschrieben:

  • Verbesserung der Störimmunität durch Filterung
    Die Störimmunität des Sensors kann durch Filtermaßnahmen verbessert werden. Eine Filterung kann sowohl auf Ebene der Helligkeitswerte der Pixels als auch auf das Ergebnis der Positionsermittlung selbst angewandt werden. Im ersten Fall arbeitet das Verfahren mit Helligkeitswerten, die über mehrere Pixels oder über mehrere Durchgänge gemittelt wurden, im zweiten Fall werden mehrere zunächst ermittelte Positionsergebnisse zu einem abgeleiteten Positionswert zusammengefasst, mit dem dann die weitere Bearbeitung vorgenommen wird.
  • Kompensation von Montageabweichungen
    In einer definierten Phase, z.B. in der Ruhephase vor Ablauf des eigentlichen Dosierhubs, kann der Positionswert für diese Phase ermittelt und in einem Referenzspeicher abgelegt werden. Während der aktiven Bewegungsphase werden dann die Positionswerte relativ zu dem zuvor ermittelten Referenzwert verarbeitet. Durch dieses Verfahren ist es möglich, fertigungsbedingte Montageabweichungen der Ruhelage sowie Verschiebungen während des Betriebs z.B. durch Wärmeausdehnung automatisch zu kompensieren und damit die Genauigkeit zu verbessern.
  • Kompensation von Skalierungsfehlern
    Bei einer erweiterten Alternative kann durch Anfahren zweier oder mehrerer bekannter Positionen, hier Referenzpositionen genannt, die Skalierung des Positionssensors abgeglichen werden. Dies kann einmalig im Zuge des Produktions- bzw. Prüfverfahrens oder auch wiederkehrend im Betrieb geschehen.
    Im ersten Fall können die Referenzpositionen durch externe Einrichtungen, z.B. Raststellungen oder externe Messeinrichtungen, vorgegeben werden. Aus den in diesen Referenzpositionen gemessenen Positionswerten kann zusammen mit der Kenntnis über die wirkliche Lage der Referenzpositionen ein Korrekturwert für die Skalierung des Positionssensors abgeleitet und für die weitere Verarbeitung gespeichert werden.
    Im zweiten Fall des wiederkehrenden Skalierungsabgleichs sind bekannte Positionen, z.B. mechanische Anschläge oder Referenzsignale von weiteren vorhandenen Einrichtungen zur Positionserfassung notwendig. Befindet sich die Membran während des Betriebs an einer solchen bekannten Position, kann aus dem an dieser Stelle gemessenen Positionswert ebenfalls ein Korrekturwert für die Skalierung des Positionssensors abgeleitet und für die weitere Verarbeitung gespeichert werden.
  • Kompensation der optischen Empfindlichkeitsparameter
    In einer erweiterten Ausführung können die Helligkeitswerte der voll beleuchteten Pixels dazu herangezogen werden, um einen repräsentativen Wert für die Beleuchtungsstärke zu ermitteln. Hierzu kann beispielsweise aus einer geeigneten Gruppe von Pixels der Mittelwert der Helligkeit gebildet werden. Anhand der ermittelten Beleuchtungsstärke kann die Belichtung so gesteuert werden, dass die zur Verfügung stehenden Wertebereiche optimal ausgenutzt werden; beispielsweise kann die Lichtquelle in ihrer Helligkeit oder ihrer Einschaltdauer so gesteuert werden, daß die Beleuchtungsstärke der voll beleuchteten Pixels wenig unterhalb der Übersteuerungsgrenze des CCD-Bausteins liegt. Einer Steuerung der Einschaltdauer der Lichtquelle ist eine Taktung mit veränderlichem Ein-/Ausschaltverhältnis gleichzusetzen. Bei jedem Messdurchgang wird dann die Beleuchtungsstärke anhand der Verhältnisse des vorangegangenen Durchgangs so korrigiert, dass sich eine gleitende Anpassung der Belichtungsparameter an eventuelle Veränderungen von Bauteileeigenschaften, z.B. aufgrund von Alterung, ergibt.
  • Kompensation von Verschmutzungen und Pixelabweichungen
    In einer erweiterten Ausführung kann der mechanische Aufbau des Sensors so gestaltet werden, dass in einer definierten Phase, z.B. in der Ruhephase vor Ablauf des eigentlichen Dosierhubs, der komplette für den Arbeitsweg genutzte Pixelbereich oder ein interessierender Teilbereich belichtet werden kann. Eine mögliche Ausführung ist z.B., die dem Magneten zugewandte Kante des Schattenkörpers für die Auswertung heranzuziehen, wodurch der Schattenkörper im Verlauf der Hubbewegung den Sensor überstreicht und einen Bereich der CCD-Zellen abdunkelt, der im vorherigen Ruhezustand beleuchtet war. In dieser Phase können die Helligkeitswerte aller relevanten Pixels ermittelt und in einem Referenzspeicher einzeln abgelegt werden. Abweichungen der Messwerte einzelner Pixels vom Idealwert können z.B. in Form von Korrekturwerten hinterlegt werden. Während der aktiven Bewegungsphase werden dann die Helligkeitswerte jedes Pixels mit Hilfe der zuvor ermittelten Referenzwerte bei jeder Messung zunächst korrigiert und erst dann weiterverarbeitet. Durch dieses Verfahren ist es möglich, fertigungsbedingte Empfindlichkeitsabweichungen einzelner Pixels sowie Verschmutzungen in gewissem Rahmen zu kompensieren und damit die Genauigkeit zu verbessern bzw. die Betriebssicherheit zu erhöhen.
    Natürlich sind für die CCD-Empfängerzeile auch zwei- oder mehrreihige Anordnungen möglich, um durch Redundanz eine erhöhte Sicherheit gegen Ausfälle, z.B. durch Verschmutzung, zu erreichen bzw. durch Mittelung die Meßgenauigkeit zu erhöhen. Für besonders große Hublängen können zwei oder mehr CCD-Zeilen kombiniert werden, um den Meßbereich über die Funktionsgrenzen einer einzelnen Zeile hinaus zu erweitern.
Independently of the previously described interpolation method, further methods for improving the sensor properties can be used based on the described basic principle. These methods are described below:
  • Improvement of the interference immunity by filtering
    The interference immunity of the sensor can be improved by filtering measures. Filtering can be applied to both the brightness values of the pixels and the result of the position determination itself. In the first case, the method works with brightness values that have been averaged over several pixels or over several passes, in the second case several initially determined position results are combined to form a derived position value with which the further processing is then carried out.
  • Compensation of mounting deviations
    In a defined phase, for example in the resting phase before the end of the actual metering stroke, the position value for this phase can be determined and stored in a reference memory. During the active movement phase, the position values are then processed relative to the previously determined reference value. By this method, it is possible to automatically compensate for manufacturing-related assembly deviations of the rest position and shifts during operation, for example by thermal expansion and thus to improve the accuracy.
  • Compensation of scaling errors
    In an extended alternative, the scaling of the position sensor can be adjusted by approaching two or more known positions, here called reference positions. This can happen once in the course of the production or test procedure or also recurrently in operation.
    In the first case, the reference positions can be specified by external devices, such as detent positions or external measuring devices. From the position values measured in these reference positions, together with the knowledge of the actual position of the reference positions, a correction value for the scaling of the position sensor can be derived and stored for further processing.
    In the second case of recurrent scaling adjustment, known positions, eg mechanical stops or reference signals of further existing devices for position detection are necessary. If the diaphragm is in such a known position during operation, a correction value for the scaling of the position sensor can also be derived from the position value measured at this point and stored for further processing.
  • Compensation of the optical sensitivity parameters
    In an extended embodiment, the brightness values of the fully illuminated pixels can be used to determine a representative value for the illuminance. For this purpose, for example, the mean value of the brightness can be formed from a suitable group of pixels. Based on the determined illuminance, the exposure can be controlled so that the available value ranges are optimally utilized; For example, the light source in its brightness or its duty cycle can be controlled so that the illuminance of the fully illuminated pixel is slightly below the overdrive limit of the CCD. A control of the duty cycle of the light source is a clocking with variable on / off ratio equate. During each measuring run, the illuminance is then corrected on the basis of the conditions of the preceding pass, so that a sliding adaptation of the exposure parameters to possible changes in component properties, eg due to aging, results.
  • Compensation of dirt and pixel deviations
    In an expanded embodiment, the mechanical structure of the sensor can be designed so that in a defined phase, for example in the idle phase before the actual dosing stroke, the entire pixel area used for the working path or a partial area of interest can be exposed. One possible embodiment is, for example, to use the edge of the shadow body facing the magnet for the evaluation, whereby the shadow body sweeps over the sensor in the course of the lifting movement and darkens a region of the CCD cells which was illuminated in the previous resting state. In this phase, the brightness values of all relevant pixels can be determined and stored individually in a reference memory. Deviations of the measured values of individual pixels from the ideal value can, for example, be stored in the form of correction values. During the active movement phase, the brightness values of each pixel are then first corrected with the aid of the previously determined reference values for each measurement and only then further processed. By this method, it is possible to compensate for manufacturing-related sensitivity deviations of individual pixels and contamination in a certain scope and thus to improve the accuracy and to increase the reliability.
    Of course, two- or multi-row arrangements are possible for the CCD receiver line to achieve through redundancy increased security against failures, eg due to contamination, or to increase the accuracy of measurement by averaging. For particularly long stroke lengths two can or more CCD lines can be combined to extend the measurement range beyond the functional limits of a single line.

Anpassung der Magnetauslegung und der thermischen AuslegungAdaptation of the magnet design and the thermal design

Um die im einzelnen beschriebenen Vorteile einer bewegungsgerelten Magnetdosierpumpe, insbesondere bei verlangsamter Bewegung bis hin zum Stillstand, richtig ausnutzen zu können, bedarf es konstruktiver Anpassungen insbesondere in der Magnetauslegung und einer aktiven Kühlung mittels Innenlüfter im Geräteinnenraum, die bereits vorher näher beschrieben wurde (siehe Kapitel "Kühlung des Magneten und weiterer Komponenten").In order to be able to exploit the advantages of a magnetic dosing pump, which has been described in detail, particularly with slowed down movement to a standstill, constructive adjustments are required, in particular in the magnetic design and active cooling by means of internal fans in the interior of the device, which has already been described in detail above (see chapter "Cooling the magnet and other components").

Die Magnetauslegung nach den Kriterien, die in Magnetdosierpumpen normalerweise zum Tragen kommen, ist für einen bewegungsgeregelten Betrieb ohne Modifikationen nur sehr eingeschränkt geeignet. Um eine Regelbarkeit in weiten Bereichen überhaupt zu ermöglichen, ist es unerlässlich, auf die natürlichen Bewegungsabläufe der mechanischen Komponenten selbst im ungünstigsten Fall mit mindestens ebenso schnellen Magnetstromänderungen reagieren zu können.Magnetic design according to the criteria normally used in magnetic dosing pumps is only of limited use for motion-controlled operation without modifications. In order to enable controllability in a wide range at all, it is essential to be able to react to the natural movements of the mechanical components even in the worst case with at least as fast magnetic current changes.

Dem steht bei bisher üblicher Auslegung die zu hohe Induktivität der Magnetspule 2 entgegen, durch die der Magnetstrom IM erst nach einer Zeit von normalerweise etwa 20-50ms seinen Nennwert erreicht. Diese übliche Auslegung wird so gewählt, dass sich durch das Zusammenwirken der angelegten Spannung und der Impedanz der Wicklung 29 (Ohmscher Widerstand, Induktivität) in etwa der gewünschte Strom einstellt. Im einfachen Fall ergibt sich dieser Strom bei der für das Gerät vorgesehenen Versorgungsspannung, eventuell abzüglich einer Toleranzmarge; bei stromgeregelten Ausführungen wird die Dimensionierung so gewählt, dass der Stromfluß bei der geringsten zu erwartenden Versorgungsspannung noch gewährleistet ist und bei höheren Spannungen durch einen Regelkreis auf den vorgegebenen Wert begrenzt wird.This is contrary to previously customary interpretation of the excessive inductance of the solenoid coil 2, through which the magnetic current I M only after a time of normally about 20-50ms reaches its nominal value. This customary design is chosen such that the desired current is set by the interaction of the applied voltage and the impedance of the winding 29 (ohmic resistance, inductance). In the simple case, this current results in the supply voltage provided for the device, possibly less a tolerance margin; In current-controlled versions, the dimensioning is chosen so that the current flow at the lowest expected supply voltage is still guaranteed and is limited at higher voltages by a control loop to the predetermined value.

Soll der Magnet für eine Regelung des Bewegungsablaufs geeignet sein, muss eine wesentlich geringere Windungszahl gewählt werden, damit sich der Magnetstrom in kürzerer Zeit beeinflussen läßt. Bei gleicher Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Wickelraums wirkt sich der Reduktionsfaktor der Windungszahl (N) etwa quadratisch auf Widerstand und Induktivität aus, wodurch sich die Stromanstiegsgeschwindigkeit bei unveränderter Spannung im Verhältnis N2 erhöht. Der Strombedarf für eine vorgegebene Magnetkraft steigt allerdings ebenfalls im Verhältnis N, so dass insgesamt eine effektive Reduktion der Zeit bis zum Erreichen des Arbeitsstroms um den Faktor N erzielt wird.If the magnet is to be suitable for controlling the course of motion, a significantly lower number of turns must be selected so that the magnetic current can be influenced in a shorter time. With the same utilization of the available winding space, the reduction factor of the number of turns (N) has an approximately quadratic effect on resistance and inductance, as a result of which the current slew rate increases with unchanged voltage in the ratio N 2 . However, the power requirement for a given magnetic force also increases in the ratio N, so that overall an effective reduction of the time until reaching the working current by a factor of N is achieved.

An dem nachfolgenden Beispiel sei dies näher erläutert. Hierzu wird der Einfachheit halber von einem etwa linearen Stromanstieg, d.h. einem rein induktiven Verhalten der Magnetspule 2 ausgegangen. Eine Magnetspule nach bisheriger Auslegung lässt aufgrund ihrer Impedanz den Magnetstrom um 0,1A/ms ansteigen. Ein benötigter Arbeitsstrom von 2A wird somit innerhalb von 20ms nach Anlegen der Spannung erreicht. Soll der Arbeitsstrom in der halben Zeit (10ms) erreicht werden, so ist die bisherige Windungszahl zu halbieren und der Drahtquerschnitt entsprechend zu verdoppeln, d.h. der Drahtdurchmesser ist um den Faktor Wurzel aus 2 zu vergrößern; Induktivität und Wicklungswiderstand sinken um den Faktor 4, dadurch steigt die Stromanstiegsgeschwindigkeit bei unveränderter Spannung auf 0,4A/ms. Der Arbeitsstrom verdoppelt sich auf 4A und wird in der Hälfte der ursprünglichen Zeit (10ms) erreicht.This will be explained in more detail in the following example. For this purpose, for the sake of simplicity, an approximately linear current increase, i. a purely inductive behavior of the solenoid 2 assumed. A solenoid coil according to the previous design can increase the magnetic current by 0.1 A / ms due to their impedance. A required working current of 2A is thus achieved within 20 ms after the voltage has been applied. If the working current is reached in half the time (10 ms), the previous number of turns must be halved and the wire cross section correspondingly doubled, i. the wire diameter is to be increased by the factor root of 2; Inductance and winding resistance decrease by a factor of 4, thus the current increase rate increases with unchanged voltage to 0.4 A / ms. The working current doubles to 4A and is achieved in half the original time (10ms).

Die Fähigkeit zur Regelung kann insbesondere dazu ausgenutzt werden, den natürlichen Bewegungsablauf zu verlangsamen. Dies hat eine zeitliche Streckung des Magnetstromflusses IM bis annähernd hin zum Dauerbetrieb zur Folge und erhöht dadurch die entstehende Verlustenergie pro Hub. Je nachdem, welche der beschriebenen Funktionen umgesetzt werden, kann dies eine erhebliche Zunahme der abzuführenden Verlustwärme bewirken. Abhängig vom Umfang dieser Zunahme wird eine thermische Auslegung nach erweiterten Kriterien mit Änderungen im mechanischen Aufbau notwendig, die eine vermehrte Wärmeabfuhr ermöglichen. Der erhöhte und länger fließende Arbeitsstrom IM des Magneten muss ebenfalls durch stärker dimensionierte Bauelemente 45 in der Ansteuerelektronik 44 berücksichtigt werden.The ability to control can in particular be exploited to slow down the natural movement. This results in a temporal extension of the magnetic current flow I M up to almost continuous operation, thereby increasing the resulting loss energy per stroke. Depending on which of the described functions are implemented, this can cause a considerable increase in the dissipated heat loss. Depending on the extent of this increase, a thermal design according to extended criteria with changes in the mechanical structure necessary, which allow increased heat dissipation. The increased and longer-flowing working current I M of the magnet must also be taken into account by more dimensioned components 45 in the control electronics 44.

Der Einsatz eines Positionssensors in Verbindung mit einer Regelung der Membranbewegung zur Verbesserung der hydraulischen Eigenschaften und zur Erweiterung des Einsatzgebiets der Magnetdosierpumpe darf aus wirtschaftlichen Gründen nicht dazu führen, daß alle einzelnen Bauteile der Magnetdosierpumpe neu gestaltet werden müssen. So ist darauf zu achten, daß die bekannten und gängigen Bauteile weitgehend wiederverwendet werden können. Dies trifft auch für die Einbaumaße zu, weshalb bei der konstruktiven Gestaltung darauf zu achten ist, daß möglichst bereits bei ungeregelten Magnetdosierpumpen genutzte Teile auch bei geregelten Magnetdosierpumpen verwendet werden können.The use of a position sensor in conjunction with a control of the membrane movement to improve the hydraulic properties and to expand the field of application of the magnetic metering pump must not cause economic reasons that all individual components of the magnetic metering pump must be redesigned. So it is important to ensure that the known and common components can be largely reused. This also applies to the installation dimensions, which is why it must be ensured in the structural design that as far as possible already used in unregulated Magnetdosierpumpen parts can also be used in regulated Magnetdosierpumpen.

Bezugszeichenliste

1
Gehäuse
2
Magnetspule
3
Gehäuserippen
4
Bodenplatte
5
Gehäusedeckel
6
Elektronik im Gehäusedeckel
7
Verstellorgan
8
Hubverstellbolzen
9
Abdeckhaube
10
Steuerleitungen
11
Stromversorgung
12
Dosierkopf
13
Membran
14
Einlassventil
15
Auslassventil
16
Dosierraum
17
Magnetmantel
18
Längsachse
19
Schubstange
20
Druckstück
21
O-Ring
22
Innere Stirnfläche des Druckstücks
23
Druckfeder (Rückholfeder)
24
Innere Stirnfläche des Magnetmantels
25
Magnetscheibe
26
Druckkopfseitige Buchse
27
Druckstückseitige Buchse
28
Hubdeckel
29
Spulenwicklung
30
Membrankern
31
Sensorträger
32
Empfänger, CCD-Baustein
33
Lichtquelle
34
Öffnung
35
Bezugselement, z.B. Schattenkörper
36
Positionssensor
37
Differenzierer
38
Sollwertvorgabe
39
Soll-Ist-Vergleich
40
PID-Regler
41
Lage-Korrektur
42
Verstärker
43
Ventilator
44
Ansteuerelektronik
45
Elektronische Leistungsbauteile
46
Ausströmöffnung
47
Luftstrom des Ventilators
48
Teilluftstrom für Positionssensor
49
Teilluftstrom für Elektronik im Gehäusedeckel
50
Haltestege
51
Spulenträger
SV
Schattenverlauf
h
heller Bereich
d
dunkler Bereich
#58...#65
Zellen (Pixels) des CCD
H
Helligkeitswerte der Pixels
Hv
Helligkeitswert der Vergleichsschwelle (VS)
Hl
Helligkeitswert des Pixels links vom Schnittpunkt mit der VS (linksseitiges Nachbarpixel)
ΔHl
Helligkeitsabstand des linksseitigen Nachbarpixels zum Helligkeitswert der Vergleichsschwelle
Hr
Helligkeitswert des Pixels rechts vom Schnittpunkt mit der VS (rechtsseitiges Nachbarpixel)
ΔHr
Helligkeitsabstand des rechtsseitigen Nachbarpixels zum Helligkeitswert der Vergleichsschwelle
ΔXl
Positionsabstand der Mittellinie des linksseitigen Nachbarpixels zum Schnittpunkt mit der VS
Δxr
Positionsabstand der Mittellinie des rechtsseitigen Nachbarpixels zum Schnittpunkt mit der VS
x1
Abstand zwischen Schattenkante und CCD-Ebene
x2
Abstand zwischen Schattenkante und Lichtquelle
x3
Abstand zwischen CCD-Ebene und Lichtquelle
p1
Arbeitsdruck p1
p2
Arbeitsdruck p2
p3
Arbeitsdruck p3
p4
Arbeitsdruck p4
xT1
Totbereich bei Arbeitsdruck p1
xT2
Totbereich bei Arbeitsdruck p2
xT3
Totbereich bei Arbeitsdruck p3
xT4
Totbereich bei Arbeitsdruck p4
s
Tatsächliche Bewegung der Schattenkante
s'
Projizierte Bewegung der Schattenkante
D
Dosierleistung
HL
Mechanische Hublänge
SG
Stellgröße
KSG
Korrigierte Stellgröße
k1
Faktor für die positionsabhängige Stromkorrektur
k2
Faktor für den Leistungsverstärker
k3
Faktor für die Ableitung des Geschwindigkeitssignals
xS
Sollwert der Druckstückposition
xI
Istwert der Druckstückposition
xSl
Regelabweichung der Druckstückposition
vS
Sollwert der Druckstückgeschwindigkeit
vl
Istwert der Druckstückgeschwindigkeit
vSl
Regelabweichung der Druckstückgeschwindigkeit
Pos
Positionssignal in Diagrammen
EPos
Endanschlag des Positionssignals in Diagrammen
IM
Magnetstrom
IMo
Nullage des Magnetstromsignals in Diagrammen
LIST OF REFERENCE NUMBERS
1
casing
2
solenoid
3
housing ribs
4
baseplate
5
housing cover
6
Electronics in the housing cover
7
adjusting
8th
Hubverstellbolzen
9
cover
10
control lines
11
power supply
12
dosing
13
membrane
14
intake valve
15
outlet valve
16
metering
17
magnetic shell
18
longitudinal axis
19
pushrod
20
Pressure piece
21
O-ring
22
Inner face of the pressure piece
23
Compression spring (return spring)
24
Inner face of the magnetic jacket
25
magnetic disk
26
Printhead side jack
27
Pressure piece-side socket
28
pedal lid
29
coil winding
30
diaphragm core
31
sensor support
32
Receiver, CCD module
33
light source
34
opening
35
Reference element, eg shadow body
36
position sensor
37
differentiator
38
Setpoint
39
Target-performance comparison
40
PID controller
41
Position correction
42
amplifier
43
fan
44
control electronics
45
Electronic power components
46
outflow
47
Air flow of the fan
48
Partial air flow for position sensor
49
Partial air flow for electronics in the housing cover
50
retaining webs
51
coil carrier
SV
shadow History
H
bright area
d
dark area
# 58 ... # 65
Cells (pixels) of the CCD
H
Brightness values of the pixels
H v
Brightness value of the comparison threshold (VS)
H l
Brightness value of the pixel to the left of the intersection with the VS (left-sided neighbor pixel)
ΔH l
Brightness distance of the left-side neighboring pixel to the brightness value of the comparison threshold
H r
Brightness value of the pixel to the right of the intersection with the VS (right-hand neighbor pixel)
ΔH r
Brightness distance of the right-hand neighboring pixel to the brightness value of the comparison threshold
ΔX l
Position distance of the center line of the left-side neighboring pixel to the intersection with the VS
Δx r
Position distance of the center line of the right-hand neighbor pixel to the intersection with the VS
x 1
Distance between shadow edge and CCD plane
x 2
Distance between shadow edge and light source
x 3
Distance between CCD plane and light source
p 1
Working pressure p 1
p 2
Working pressure p 2
p 3
Working pressure p 3
p 4
Working pressure p 4
x T1
Dead zone at working pressure p 1
x T2
Dead zone at working pressure p 2
x T3
Dead zone at working pressure p 3
x T4
Dead zone at working pressure p 4
s
Actual movement of the shadow edge
s'
Projected movement of the shadow edge
D
Dosing capacity
HL
Mechanical stroke length
SG
manipulated variable
KSG
Corrected manipulated variable
k1
Factor for the position-dependent current correction
k2
Factor for the power amplifier
k3
Factor for the derivation of the speed signal
x S
Setpoint of the pressure piece position
x I
Actual value of the pressure piece position
xsl
Control deviation of the pressure piece position
v p
Setpoint of the pressure piece speed
v l
Actual value of the pressure piece speed
v Sl
Control deviation of the pressure piece speed
Pos
Position signal in diagrams
Epos
End stop of the position signal in diagrams
I M
magnet power
I mo
Zero position of the magnetic current signal in diagrams

Claims (34)

Magnetdosierpumpe, bei der ein bewegliches Druckstück mit einer fest mit diesem verbundenen Schubstange in einem im Pumpengehäuse fest verankerten Magnetmantel in der Längsachse axial beweglich gelagert ist, so dass das Druckstück mit Schubstange bei der elektrischen Ansteuerung (Aktivierung) der Magnetspule in den Magnetmantel gegen die Wirkung einer Druckfeder unter Verringerung des Luftspaltes in eine Bohrung des Magnetmantels hineingezogen wird und das Druckstück nach Deaktivierung des Magneten durch die Druckfeder in die Ausgangslage zurückkehrt, so dass das Druckstück und ein durch dieses betätigtes elastisches Verdrängungsorgan bei fortgesetzter Aktivierung und Deaktivierung der Magnetspule eine oszillierende Bewegung durchführt, die in dem in der Längsachse angeordneten Dosierkopf in Zusammenwirken mit einem Auslass- und Einlassventil zu einem Pumphub (Druckhub) und einem Ansaughub führt, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Einheit aus Druckstück (20) und Schubstange (19) ein Bezugselement (35) verbunden ist, dessen Position von einem Positionssensor (36) abgetastet wird, wobei der Positionssensor ein Ist-Signal (xl) abgibt, welches zur Position des Bezugselements in einer festen Beziehung steht und das über einen Regelkreis im Rahmen seiner Regelgenauigkeit die Bewegung der Einheit aus Druckstück und Schubstange so beeinflußt, daß sie einem vorgegebenen Sollwertprofil (38) folgt.Magnetic metering, in which a movable pressure piece with a fixedly connected to this push rod is mounted axially movable in a fixedly mounted in the pump housing magnetic jacket in the longitudinal axis, so that the pressure piece with push rod in the electrical control (activation) of the magnetic coil in the magnetic sheath against the effect a compression spring is drawn with reduction of the air gap in a bore of the magnetic shell and the pressure piece returns after deactivation of the magnet by the compression spring in the starting position, so that the pressure piece and an actuated by this elastic displacement member with continued activation and deactivation of the magnetic coil performs an oscillating movement in the arranged in the longitudinal axis of the dosing head in cooperation with an outlet and inlet valve to a pumping stroke (pressure stroke) and a suction stroke, characterized in that with the unit of pressure piece (20) and Schubsta (19) a reference element (35) is connected, the position of which is scanned by a position sensor (36), wherein the position sensor outputs an actual signal (x l ), which is in a fixed relationship to the position of the reference element and that via a Regulator within its control accuracy, the movement of the unit of pressure piece and push rod so influenced that it follows a predetermined setpoint profile (38). Magnetdosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (36) die Position des Bezugselements (35) nach einem berührungsfreien Prinzip abtastet.Magnetic metering pump according to claim 1, characterized in that the position sensor (36) scans the position of the reference element (35) according to a non-contact principle. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Schubstange (19) verbundene Bezugselement (35) und der Positionssensor (36) an dem dem Dosierkopf (12) abgewandten Ende und außerhalb des Dosierkopfes angeordnet sind.Magnetic metering pump according to claim 1, characterized in that the reference element (35) connected to the push rod (19) and the position sensor (36) are arranged at the end remote from the metering head (12) and outside the metering head. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugselement (35) den Strahlengang einer Lichtquelle (33) beeinflußt und der mit ihm zusammenwirkende Positionssensor (36), der am Magnetmantel (17) angeordnet ist, nach einem lichtempfindlichen Empfängerprinzip arbeitet.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the reference element (35) influences the beam path of a light source (33) and the cooperating with it position sensor (36), which is arranged on the magnetic jacket (17), operates according to a photosensitive receiver principle , Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugselement (35) ein Schattenkörper bzw. eine schattengebende Kontur ist und der mit ihm zusammenwirkende Positionssensor (36), der am Magnetmantel (17) angeordnet ist, aus einem optischen Empfänger (32) in Form einer Reihe lichtempfindlicher ladungsgekoppelter Empfängerzellen besteht (charged coupled device, kurz CCD genannt).Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the reference element (35) is a shadow body or a shadowing contour and the cooperating with it position sensor (36) which is arranged on the magnetic jacket (17), from an optical receiver ( 32) in the form of a series of photosensitive Charge-coupled receiver cells consists (charged coupled device, called CCD for short). Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (36) auf einem eigenen Sensorträger angeordnet ist, der mit dem Magnetmantel (17) fest verbunden ist.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the position sensor (36) is arranged on a separate sensor carrier, which is firmly connected to the magnetic jacket (17). Magnetdosierpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (33), der Schattenkörper bzw. die schattengebende Kontur (35) und der Empfänger (32) eine lichtschrankenähnliche Anordnung darstellen und die Messwerte kontinuierlich oder taktweise dem Regelkreis zugeführt werden.Magnetic metering pump according to claim 4, characterized in that the light source (33), the shadow body or the shadowing contour (35) and the receiver (32) represent a light barrier-like arrangement and the measured values are continuously or cyclically fed to the control loop. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Empfänger (32) des Positionssensors (36) aus einer Anzahl linear angeordneter Empfänger (Pixels), vorzugsweise 128 Pixels, besteht.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the optical receiver (32) of the position sensor (36) consists of a number of linearly arranged receivers (pixels), preferably 128 pixels. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (33) eine Leuchtdiode (LED) ist, die so gegenüber dem optischen Empfänger (32) des Positionssensors (36) angeordnet ist, dass deren Lichtstrahlenbündel auf dem direkten Weg zum Empfänger durch die Schubstange (19) nicht behindert wird.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the light source (33) is a light-emitting diode (LED), which is arranged opposite the optical receiver (32) of the position sensor (36), that their light beams on the direct path to Receiver by the push rod (19) is not obstructed. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswert des Positionssensors (36) durch Interpolation der Helligkeitswerte mehrerer im Schattenübergangsbereich liegender Pixels gebildet wird.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the output value of the position sensor (36) is formed by interpolation of the brightness values of a plurality of pixels lying in the shadow transition region. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verarbeitung der Signale des Positionssensors (36) Filtermaßnahmen eingesetzt werden.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that filter measures are used in the processing of the signals of the position sensor (36). Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Nulllagefehler des Positionssensors (36) mittels eines Referenzspeichers eliminiert werden.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that zero position errors of the position sensor (36) are eliminated by means of a reference memory. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Skalierungsfehler des Positionssensors (36) durch Anfahren einer oder mehrerer Referenzpositionen eliminiert werden.Solenoid according to one or more of the preceding claims, characterized in that scaling errors of the position sensor (36) by moving to be eliminated of one or more reference positions. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Belichtungsschwankungen des Positionssensors (36) durch eine Steuerung oder Regelung der Lichtquelle (33) anhand der gewonnenen Helligkeitswerte der Pixels ausgeglichen werden.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that exposure fluctuations of the position sensor (36) are compensated for by control or regulation of the light source (33) on the basis of the obtained brightness values of the pixels. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Helligkeitsschwankungen zwischen einzelnen Pixels des optischen Empfängers (32) durch Einbeziehen eines Referenzspeichers für die Empfindlichkeit jedes Pixels kompensiert werden.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that brightness fluctuations between individual pixels of the optical receiver (32) are compensated by incorporating a reference memory for the sensitivity of each pixel. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Positionssensor (36) ausgelesene Signal (xl) in einer Regeleinrichtung weiterverarbeitet und mit einer Sollwertvorgabe (38) verglichen wird, wobei die Regeleinrichtung den Stromfluss (IM) zur Magnetspule (2) beeinflusst und so eine Korrektur des Bewegungsablaufes herbeiführt.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the signal (x 1 ) read out of the position sensor (36) is further processed in a control device and compared with a desired value specification (38), wherein the control device controls the current flow (I M ) Magnetic coil (2) influenced and so causes a correction of the motion sequence. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung alternativ die Position (im folgenden xl genannt), die Geschwindigkeit (im folgenden vl genannt) oder die Beschleunigung des Druckstücks (19) bzw. der Membran (13) über eine Regeleinrichtung durch Veränderung des Spulenstroms (im folgenden IM genannt) beeinflusst.Magnetic metering pump according to claim 16, characterized in that the control device alternatively by the position (hereinafter x l called), the speed (hereinafter v l called) or the acceleration of the pressure piece (19) or the membrane (13) via a control device Change in the coil current (hereinafter called I M ) influenced. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung vl des Druckstücks (20) in der Ansaugphase und/oder in der Druckphase gezielt herabsetzen kann, um Druckverlusten, die durch Strömungswiderstände verursacht werden, bzw. dem Entstehen von Kavitation entgegenzuwirken.Magnetic metering pump according to claim 16, characterized in that the control device v l of the pressure piece (20) in the suction phase and / or in the pressure phase can reduce targeted to counteract pressure losses caused by flow resistance, or the occurrence of cavitation. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Hublänge durch eine Bedienervorgabe der Regeleinrichtung mitgeteilt und durch die Regeleinrichtung die Bewegung des Druckstücks (20) durch entsprechendes Ansteuern der Magnetspule (2) elektronisch auf die auszuführende Hublänge begrenzt wird.Magnetic metering pump according to claim 16, characterized in that the desired stroke length communicated by an operator specification of the control device and by the control device, the movement of the pressure piece (20) by appropriate driving of the magnetic coil (2) is electronically limited to the stroke length to be executed. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung, auf welchen Wert das Hubverstellorgan (7) eingestellt ist, durch Messung während der Dosierung unmittelbar über den Positionssensor (36) erfolgt.Solenoid takes place according to claim 16, characterized in that the recognition on which the value Hubverstellorgan (7) is adjusted by measurement during metering directly via the positional sensor (36). Magnetdosierpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung vI des Druckstücks (20) am Anfang und/oder am Ende der Druckphase, also z.B. im ersten bzw. im letzten Drittel des Hubwegs, durch Ansteuern der Magnetspule (2) so begrenzt, dass Druckspitzen, die durch schnelle Geschwindigkeitsänderungen des Dosiermediumsstroms bzw. durch hartes Anfahren des mechanischen Anschlages entstehen würden, vermieden werden.Magnetic metering pump according to claim 16, characterized in that the control device v I of the pressure piece (20) at the beginning and / or at the end of the printing phase, so for example in the first or in the last third of the stroke, so limited by driving the magnetic coil (2), that pressure spikes caused by rapid changes in the speed of Dosiermediumsstroms or arise by hard starting of the mechanical stop, be avoided. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung vI des Druckstücks (20) am Ende der Druckphase durch Ansteuern der Magnetspule (2) so begrenzt, dass der Effekt der Überförderung bei geringem Gegendruck vermieden wird.Magnetic metering pump according to claim 16, characterized in that the control device v I of the pressure piece (20) at the end of the printing phase by driving the magnetic coil (2) so limited that the effect of over-promotion is avoided at low back pressure. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung die Vorwärtsbewegung des Druckstücks (20) während der Druckphase durch Ansteuern der Magnetspule (2) so auf die durch die Folgefrequenz der Dosierhübe vorgegebene Zeit verteilt, dass die Ausbringung des Dosiermediums möglichst gleichmäßig erfolgt, bis hin zu sehr langsam ausgeführten Dosierhüben von z.B. einige Minuten.Magnetic metering pump according to claim 16, characterized in that the control device distributes the forward movement of the pressure piece (20) during the printing phase by driving the magnetic coil (2) to the time predetermined by the repetition frequency of the metering strokes so that the application of the metering medium takes place as evenly as possible until to very slowly running Dosierhüben of eg a few minutes. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung im Betrieb bei quasi kontinuierlicher Dosierung, also ohne wesentliche Ruhepause zwischen Ansaugen und folgendem Dosierhub, die Hubbewegung auf einen Betrieb mit reduzierter Hublänge und erhöhter Hubfrequenz unter annähernder Beibehaltung der Membrangeschwindigkeit im Dosierhub umrechnet, der im zeitlichen Mittel die gewünschte Dosierleistung ergibt, und das Ansaugen durch Ansteuern der Magnetspule (2) beendet, bevor das Druckstück (20) durch die Rückholfeder (23) ganz an den vorderen mechanischen (Ruhe-)Anschlag bzw. an den Hubverstellbolzen (8) geschoben wurde, so dass die Bewegung des Druckstücks nur in dem Bereich des Hubweges stattfindet, in dem der Luftspalt und damit der Magnetstrombedarf (IM) klein ist.Magnetic metering pump according to claim 23, characterized in that the control device in operation at quasi-continuous dosing, ie without substantial rest between suction and the following Dosierhub, converts the lifting movement to a reduced stroke length and increased stroke frequency with approximately maintaining the membrane velocity in Dosierhub in the time average means the desired metering results, and the suction by driving the solenoid (2) finished before the pressure piece (20) pushed by the return spring (23) all the way to the front mechanical (rest) stop or the Hubverstellbolzen (8) was, so that the movement of the pressure piece takes place only in the region of the stroke, in which the air gap and thus the magnetic current requirement (I M ) is small. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass während der Anfangsphase der geregelten Vorwärtsbewegung des Druckstücks (20) entweder die Regeleinrichtung selbst oder eine weitere Steuerungseinheit den Magnetstrom (IM) beobachtet, daraus auf den Kraftverlauf schließt und so das Öffnen des Auslaßventils (15) erkennt und mithilfe dieser Beobachtung den Totbereich, der aufgrund der elastischen Verformung der Membran (13) entsteht, mißt und den tatsächlich ausgeführten Hubweg durch gezieltes Beenden der Hubbewegung abhängig von der ermittelten Membranverformung so beeinflußt, dass der durch die Membranverformung verursachte Fehlerbeitrag (bezogen auf den Hubweg bzw. das dosierte Volumen) eliminiert und so die Abhängigkeit der Dosiermenge vom Gegendruck wesentlich vermindert wird.Magnetic metering pump according to claim 16, characterized in that during the initial phase of the controlled forward movement of the pressure piece (20) either the control device itself or a further control unit observes the magnetic current (I M ), closes it on the force curve and thus opening the exhaust valve (15) recognizes and with the help of this observation, the dead zone, which arises due to the elastic deformation of the membrane (13), measures and actually executed stroke by targeted termination of the lifting movement depending on the determined membrane deformation so influenced that caused by the membrane deformation error contribution (based on the Stroke or the metered volume) is eliminated and thus the dependence of the dosing amount is significantly reduced by the back pressure. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung im Betrieb bei reduzierter Hublänge den tatsächlich ausgeführten Hubweg während der Vorwärtsbewegung des Druckstücks (20) abhängig vom gemessenen Totbereich durch die elastische Verformung der Membran (13) durch gezieltes Beenden der Hubbewegung so beeinflußt, dass der durch die Membranverformung verursachte Fehlerbeitrag eliminiert und so die lineare Abhängigkeit der Dosiermenge vom prozentualen Wert der eingestellten Hublänge wesentlich verbessert wird.Magnetic metering pump according to claim 16, characterized in that the control device in operation at reduced stroke length actually executed stroke during the forward movement of the pressure piece (20) depending on the measured dead zone by the elastic Deformation of the membrane (13) influenced by targeted termination of the lifting movement so that the error caused by the membrane deformation error contribution is eliminated and thus the linear dependence of the dosing amount of the percentage value of the set stroke length is significantly improved. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung während der Vorwärtsbewegung des Druckstücks (20) den Totbereich mißt, der durch die elastische Verformung der Membran (13) entsteht, und anhand dieses gemessenen Totbereichs eine Abschätzung des Arbeitsdrucks vornehmen kann und bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes des Drucks zur Vermeidung eines weiteren Druckanstiegs die Dosierung einstellt.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control device during the forward movement of the pressure piece (20) measures the dead zone, which results from the elastic deformation of the membrane (13), and can make an estimate of the working pressure based on this measured dead zone and adjusts the dosage at a predetermined maximum value of the pressure to avoid a further increase in pressure. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseinnenraum der Magnetdosierpumpe einschließlich dem Magnet und der Elektronik (6, 44) gekühlt werden.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the housing interior of the Magnetdosierpumpe including the magnet and the electronics (6, 44) are cooled. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des Innenraums und der im Innenraum angeordneten Komponenten im Innenraum ein Ventilator angeordnet ist, dessen Luftstrom zwangsgeführt die Wandung des Magnetmantels (17) und/oder die Spulenwicklung (29) sowie die Innenwand des Gehäuses (1) der Magnetdosierpumpe und weitere Komponenten umspült.Magnetic metering pump according to claim 28, characterized in that for cooling the interior and the interior components arranged in the interior, a fan is arranged whose air flow forcibly guided the wall of the magnetic jacket (17) and / or the coil winding (29) and the inner wall of the housing ( 1) of the magnetic metering pump and other components washed around. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des Positionssensors (36) ein Teil des Luftstroms (48) über diesen geleitet wird.Magnetic metering pump according to claim 28, characterized in that for cooling the position sensor (36), a part of the air flow (48) is passed over this. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Hubdeckel (28) Leitflächen und/oder Kanäle verbunden sind, die einen Teil des Luftstroms (48) auf den Positionssensor (36) leiten.Magnetic metering pump according to claim 30, characterized in that with the lifting cover (28) guide surfaces and / or channels are connected, which direct a portion of the air flow (48) on the position sensor (36). Magnetdosierpumpe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Teil des Luftstroms (49) auf die im Gehäusedeckel (5) eingebaute Elektronik (6) geleitet wird.Magnetic metering pump according to claim 29, characterized in that a further part of the air flow (49) on the in the housing cover (5) built-in electronics (6) is passed. Magnetdosierpumpe nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) der Magnetmantel (17) im Innenraum freistehend so angeordnet ist, daß er zur Kühlung an seinem Umfang von einem Luftstrom umströmt werden kann.Magnetic metering pump according to claim 28, characterized in that in the housing (1) of the magnetic jacket (17) is arranged free-standing in the interior so that it can be flowed around for cooling at its periphery by an air flow. Magnetdosierpumpe nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (29) eine reduzierte Windungszahl bei erhöhtem Drahtquerschnitt aufweist.Magnetic metering pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the coil winding (29) has a reduced number of turns with increased wire cross-section.
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