KR20130064051A - 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법 - Google Patents

계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법 Download PDF

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KR20130064051A
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KR1020127027744A
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토마스 프레덴버거
이브 드렉스메이어
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프로미넌트 도지어테크닉 게엠베하
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Abstract

본 발명은 샤프트를 갖는 구동모터와 계량헤드에 배열된 변위부재를 포함하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기위한 방법에 관한 것이며, 여기에서 상기 샤프트는 상기 구동모터에 의해서 구동되고, 상기 샤프트의 회전운동은 변속기에 의해서 상기 변위부재의 진동운동으로 변환되며, 상기 변환부재는 배출밸브 및 유입밸브와 교대로 상호작용하여 펌프행정(압력행정)과 흡입행정을 야기하여 계량될 매체를 운반한다. 계량펌프의 제어 및/또는 조절방법을 제공하기 위해서, 스러스트 로드상에 위치센서를 구비함이 없이 운용하고, 높은 정밀도로 펌프의 계량 거동을 설정할 수 있으며, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 모터 작동 매개변수, 바람직하게는 모터 전압(U)이나 모터 전류(I)가 측정되고 적어도 하나의 조절 매개변수는 측정된 모터 작동 매개변수들과 임의의 공지된 모터 특성들로부터 계산되며 적어도 하나의 조절 매개변수는 소정의 가이드 매개변수와 비교되고 비교의 결과에 따른 비교신호가 출력되고 상태, 작동 및/또는 조절신호로서 사용될 수 있음이 제안되었다.

Description

계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법{Method for controlling and/or regulating a metering pump}
본 발명은 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법에 관한 것이다.
계량펌프는 일반적으로 모터에 의해서 구동되는 샤프트를 갖는 구동모터, 및 계량헤드에 배치된 변위부재를 구비한다. 샤프트의 회전운동이 변위부재의 진동운동으로 변환되고 그래서 변위부재가 배출밸브 및 유입밸브와 교대로 상호작용하면 펌프행정(압력행정)과 흡입행정(흡인행정)이 유발되어 계량될 매체의 운반이 이루어지게 된다.
그러한 계량펌프들은 용적측정의 원리를 기초하여 작동하는데, 즉 계량작동은 변위부재에 의해서 폐쇄챔버의 변위에 의해 실행된다. 각 행정에서의 계량용적은 행정과 변위부재의 유효 표면적의 곱에 의해서 결정된다.
그러한 계량펌프에 있어서, 구동모터의 일반적으로 연속적인 회전운동은 변속유닛에 의해서 변위부재의 진동운동으로 변환된다. 변위부재의 구동은 능동적으로 제어될 수 있거나 혹은 단지 압력행정에서 능동적인 잠금방식으로 일측에서 실행될 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 변위부재를 다시 역으로 이동시키기 위해서 측정이 제공되어야만 한다.
종래의 계량펌프들은 일반적으로 파워풀하고, 대부분의 응용에 대하여 적합한 계량특성들을 갖는다.
가장 간단한 경우에 있어서, 구동모터는 계량하는 동안에 연속적으로 켜지거나 아니면 개별적은 계량행정들을 수행하기 위하여 주어진 시간동안에 켜지게 된다. 모터 속도는 주 전압의 전기 주파수나 모터 작동시스템에 의해서 미리정해지고, 그러므로 상응하는 변속 스텝다운 비(step-down ratio)와 예를 들어 편심 변속의 경우에 있어서 사인파모양으로 변화하는 변속 특성과 함께 각 행정의 주기를 한정하게 된다. 연속적인 작동에 있어서, 각 행정의 주기는 부하조건에서의 유효 모터속도와 변속 스텝다운 비로부터 계산된다. 개별적인 행정들이나 부분적인 행정들을 수행하기 위해서 구동모터가 켜지거나 꺼지는 경우에, 그에 상응하는 기동 및 작동중지 시간은 행정당 주기를 그에 상응하여 연장시키므로 고려되어야만 한다. 행정길이는 예를 들어 편심 변속기의 편심도를 조정하거나 또는 조정가능한 받침대를 사용하여 조정될 수 있으며, 이때 받침대는 예를 들어 편심 변속기의 후방 사점에 도달하기 전에 흡입행정에서 변위부재의 운동을 제한할 수 있다. 그것은 행정운동의 시작점을 미리 결정하며, 반면에 끝지점은 변위부재의 완벽하게 실행된 편향운동으로부터 파생된다.
변위부재의 운동은 예를들어 변속기와 같은 기계적인 부품들의 상호작용으로부터 발생된다. 전진운동(압력행정)과정 동안에 드라이브는 변위부재(및 가능한 현존 복귀 스프링)에 의해서 푸쉬로드에 작용하는 힘에 대하여 작동한다.
소위 다이어프램 계량펌프라 불리우는 실시예들을 들 수 있는데, 이들은 변위부재로서 적어도 부분적으로 유연한 다이어프램을 사용한다. 다이어프램은 압력 및 흡입행정들 동안에 변형될 수 있다. 계량공정에는 사용되지 않는 행정운동의 제 1 부분에 측정된 변형의 양은 효과적으로 수행된 행정운동에 대하여 손실되어 작동압력이 증가함에 따라서 계량의 양은 감소하는 결과를 초래하게 된다. 그러한 펌프들을 사용하면, 적당한 보정측정을 수행할 필요가 있다. 보정이 수행된 후에는 펌프는 주어진 작동압력 범위에서만 신뢰성있게 사용될 수 있다. 만일 작동압력이 변하면, 재보정이 실행되어야 한다. 만일 예를 들어 작동압력에서의 요동이 관찰되지 않기 때문에 보정이 수행되지 않으면, 계량 오류를 초래하게 된다.
계량공정을 보다 양호하게 조정하고 측정의 정확도를 증가시키기 위해서, 위치센서에 의해서 위치가 감지되는 참조요소에 변위부재가 연결된 방식이 EP 1 754 891에 이미 제안된 바 있으며, 실제신호를 운반하는 상기 위치센서는 상기 참조요소 및 변위부재의 위치에 고정적으로 연관되고 그것에 의해서 변위부재의 운동에 대한 지식이 얻어지고 그래서 계량펌프의 전자제어는 계량회로와 계량펌프의 작동조건들에 반응할 수 있다.
종래기술의 상기한 배경의 관점에서 본 발명의 목적은 스러스트 로드상에 위치센서없이 운용할 수 있고 높은 수준의 정확도로 계량펌프의 측정거동을 달성할 수 있는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법을 제공하려는 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 목적은 샤프트를 갖는 구동모터, 계량헤드에 배열된 변위부재를 포함하며, 상기 샤프트는 상기 구동모터에 의해서 구동되고, 상기 샤프트의 회전운동은 상기 변위부재의 진동운동으로 변한되며, 상기 변환부재는 배출밸브 및 유입밸브와 교대로 상호작용하여 펌프행정(압력행정)과 흡입행정을 야기하여 계량될 매체를 운반하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법에 있어서, 적어도 하나의 작동 매개변수, 바람직하게는 모터 전압(U)이나 모터 전류(I)가 측정되고, 적어도 하나의 조절 매개변수는 측정된 모터 작동변수들 및 임의의 공지된 모터 특성들로부터 계산되며, 상기 적어도 하나의 조절 매개변수는 소정의 가이드 매개변수에 비교되고, 그리고 비교의 결과에 따라서 의존하는 비교신호는 출력되고 상태 작동 및/또는 조절 신호로서 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법에 의해서 달성된다.
상기 구동모터, 바람직하게는 비동기 모터의 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)는 그것을 소정의 참조 가이드 매개변수, 즉, 상기 모터의 참조 토크 및 참조 플럭스와 비교하기 위하여 조절 매개변수로서 계산될 수 있다. 비교신호는 비교의 결과에 의존하여 출력될 수 있다. 비교신호는 예를 들어 상태 신호, 즉 주어진 조건이 만족스러운지 아닌지를 나타내는 신호로서 사용될 수 있다. 그러면, 상태 신호는 예를 들어 주어진 계량을 위한 경고신호 혹은 기동수단으로서 기능할 수 있다.
또한, 매개변수, 예를 들어 모터 작동 매개변수를 신호에 따라 제어하기 위한 작동신호로서 비교신호를 사용할 수 있다. 이와는 달리, 상기 신호는 조절신호로서 사용할 수도 있다.
각각의 조절 매개변수에 따라서, 예를 들어 모터 전압과 모터 전류와 같은 모터 작동 매개변수들은 계산 목적을 위해서 필요할 뿐만아니라, 스텝-업(step-up) 또는 스텝-다운(step-down) 변속비와 같은 모터나 변속기의 특성들을 위해서 필요하다.
다른 바람직한 실시 예에 있어서, 조절 매개변수로서 실제 모터 속도가 모터 회전동안에 바람직하게는 여러번, 특히 바람직하게는 적어도 5번 측정되거나, 또는 모터 작동 매개변수들, 바람직하게는 상기 모터의 실제 토크(MACTUAL) 및 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)로부터 계산되며, 상기 실제 모터속도와 소정의 참조 모터속도 사이의 차이가 비교신호로서 출력되고, 상기 비교신호는 상기 실제 모터속도를 참조 모터속도로 채택하도록 모터 전류(I) 및/또는 모터 전압(U)의 채택을 위한 조절신호로서 사용되는 것이 바람직하다.
가장 단순한 경우에 있어서, 실제 모터속도의 측정은 회전 각도 센서에 의해서 수행된다. 그러나, 완벽하게 무접촉 방식으로 모터 작동 매개변수로부터 실제 모터속도를 계산해내는 것도 가능하다.
변속기 구성에 따라서, 모터 부하는 모터 편심위치에 따라서 변한다. 그러므로, 모터는 심지어 가장 불리한 편심위치에서도 원하는 회전속도로 적용될 수 있는 방식으로 그것의 동력 출력을 나타내도록 구성되어야만 한다. 만이 모터의 동력이 너무 낮으면, 원하는 속도가 많은 편심위치에서 도달할 수 없고 결국 행정 길이가 연장되는 결과를 초래하게 된다. 회전속도가 최대 편심 편향의 지역에서 약간 감소함에 따라서 모터의 동력은 특별한 측정에 의해서 더욱 양호하게 이용될 수 있고, 여기에서 힘 변환은 가장 불리하며, 행정 주기의 연장은 바람직한 힘 변환이 개입된 지역에서 회전속도가 증가함에 따라서 보상된다.
다른 바람직한 실시 예에 있어서, 조절 매개변수로서 실제 모터 자화가 상기 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 모터 작동 매개변수들 및/또는 공지된 모터 특성들로부터 모터 회전동안에 바람직하게는 여러번, 특히 바람직하게는 적어도 5번 계산되고, 소정의 참조 모터 자화가 가이드 매개변수로서 선택되고, 상기 조절 매개변수와 상기 가이드 매개변수 사이의 차이가 비교신호로서 출력되고, 상기 비교신호는 상기 실제 모터 자화를 상기 참조 모터 자화로 채택하도록 모터 전류(I) 및/또는 모터 전압(U)의 채택을 위한 조절신호로서 사용되며, 바람직하게는 상기 참조 모터 자화는 상기 변위부재의 주기에 대응하는 주기를 갖는 주기함수인 것이 제공된다.
바람직하게는, 접촉면을 편심의 방향으로 가압하는 가압 요소가 제공되는데, 샤프트의 회전시에 상기 가압요소는 접촉면이 편심과 적어도 부분적으로 접촉하게 할 수 있고, 흡입 행정이 수행될 수 있다. 가압 요소는 예를 들어 스프링이 될 수 있다.
다른 바람직한 실시 예에 있어서, 상기 모터, 바람직하게는 비동기 모터의 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)는 조절신호로서 계산되고, 상기 모터의 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)는 적어도 하나의 기간에 걸쳐서 대체적으로 연속적으로 결정되고, 그러한 방식으로 계산된 상기 모터의 시간-의존 실제 토크(MACTUAL)와 임의의 시간-의존 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)는 상기 가이드 함수로서 적어도 소정의 패턴함수와 비교된다. 상기 비교신호는 상기 조절 매개변수와 상기 가이드 매개변수 사이의 유사성의 정도를 나타내며, 만일 유사성의 정도가 소정 범위의 값들을 추정하면 상기 비교신호는 상태신호로서 사용된다. 예를 들면, 과부하 보호기능, 예를 들어 과도한 압력 작동중지의 형태는 상태신호로서 반응하도록 상기될 수 있다.
일반적으로 계량펌프는 시간이 지남에 따라서 마모현상을 나타낸다. 예를 들어 베어링 손상, 휜 기어 또는 손상된 편심의 결과를 초래할 수 있다. 그러한 마모현상은 모터에 가해진 힘이 변했다는 것을 의미한다. 본 발명에 따르면, 특징적인 트러블 패턴이나 패턴 함수는 주어진 마모현상과 연관되어 있다. 예를 들면, 기어의 맞물림이 어긋나면, 어긋난 기어 치형은 힘 실행에 있어서 주기적인 장애를 일으키게 된다. 만일 실제적인 토크가 대체적으로 연속해서 계산되고 그러한 방식으로 계산된 신호가 예를 들어 대응하는 상관함수를 형성하는 방식으로 패턴 함수들과 비교되면, 계량펌프가 마모현상을 나타내고 마모현상을 나타내는 부품을 확인하고 특별히 교체해야만 하는지를 결정하도록 개입된 힘들을 기초하여 매우 초기단계에서 인식하는 것이 가능해진다.
계량헤드내로 공기가 통과하는 현상이 발생할 수 있는데, 이것은 변위부재의 기계적인 운동이 여전히 이루어질지라도 전체 계량작동이 실패하는 결과를 초래할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 압축과정, 즉 힘이 상승하는 것은 실제 토크의 평가에 의해서 계산될 수 있으며, 만일 계량헤드의 통기를 유발하는 압축 변화점, 예를 들어 상응하는 메세지가 생성될 수 있거나 아니면 반대되는 메세지가 예를 들어 계량헤드의 자동화된 통기와 같이 자동적으로 개시될 수 있다.
다른 바람직한 실시 예에 있어서, 상기 계량펌프는 적어도 부분적으로 탄력있는 다이어프램을 갖춘 변위부재를 구비하며, 계량의 양은 추가적인 모터 특성들과 연관된 상기 모터의 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)에서의 시간변화에 다른 조절 매개변수로서 계산되고, 계량의 양에 대한 상기 탄력있는 다이어프램의 유연성에 의해서 기대되는 영향은 고려되며, 실제적인 계량 양과 소정의 참조 계량 양 사이의 차이는 비교신호로서 출력되고 실제적인 계량 양을 참조 계량 양으로 채택하도록 모터 전류(I) 및/또는 모터 전압(U)의 채택을 위한 조절신호로서 사용되는 것을 특징으로 하는 계량펌프가 제공된다.
그러한 측정에 의해서 계량펌프는 계량 에러의 발생없이 폭넓은 범위의 다른 작동압력에 걸쳐서 사용될 수 있다. 만일 작동압력에서 기대하지 않은 변화가 발생하면, 본 발명에 따른 방법은, 실제 토크의 계산에 의해서, 변위부재의 다이어프램의 유연성에 의해서 계량 에러의 신뢰성있는 인식과 보상을 가능하게 할 수 있다.
다른 바람직한 실시 예에 있어서, 상기 변위부재의 실제 행정길이는 상기 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)로부터 조절 매개변수로서 계산되고, 상기 실제 행정길이와 소정의 참조 행정길이 사이의 차이는 비교신호로서 출력된다. 비교신호는 상기 실제 행정길이를 상기 참조 행정 길이로 채택하도록 모터 전류(I) 및/또는 모터 전압(U)의 채택을 위한 조절신호로서 사용될 수 있다. 그러한 측정에 의해서 행정 길이는 사용의 영역에서 필요한 경우에 작동을 진행하도록 채택할 수 있다.
본 발명은 또한 상기한 방법을 수행하기 위한 제어 및/또는 조절장치를 갖는 계량펌프에 관한 것이다. 상기한 방법은 상기 계량펌프가 진자 스트로크 모드로, 즉 모터의 회전의 방향으로 사용될 수 있고 하나의 펌프행정과 하나의 흡입행정 후에 뒤집어질 수 있음을 의미한다.
본 발명은 스러스트 로드상에 위치센서없이 운용할 수 있고 높은 수준의 정확도로 계량펌프의 측정거동을 달성할 수 있는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법을 제공한다.
추가적인 장점들, 특징들 및 가능한 용도들이 바람직한 실시 예 및 관련도면들을 참조한 하기의 설명을 통해서 더욱 명백하게 밝혀질 것이다, 첨부도면에서:
도 1은 계량펌프의 종방향 단면 사시도,
도 2는 모터펌프의 개략도,
도 3a는 전체행정에 대한 회전과정 동안에 모터의 토크와 디스플레이서 운동을 나타낸 개략도,
도 3b는 부분행정에 대한 회전과정 동안에 모터의 토크와 디스플레이서 운동을 나타낸 개략도,
도 4a는 불완전한 흡입행정을 갖는 전체행정에 대한 회전과정 동안에 모터의 토크와 디스플레이서 운동을 나타낸 개략도,
도 4b는 불완전한 흡입행정을 갖는 부분행정에 대한 회전과정 동안에 모터의 토크와 디스플레이서 운동을 나타낸 개략도,
도 5는 바람직한 실시 예에 따라서 조절된 모터에 대하여(파선) 그리고 공지된 모터에 대하여(실선) 시간에 따른 회전속도와 토크의 변화를 나타낸 개략도.
도 1은 계량펌프의 구조를 나타낸다. 계량펌프는 대체적으로 3개의 부품들을 포함하는데, 변속기 유닛을 갖춘 구동모터(2), 편심 하우징(1)에 있는 편심 드라이브 및 내부에 전자제어가 포함된 편심 하우징(29) 및 전자 부품들 및 거기에 사용된 어셈블리들이다. 아랫쪽에 있는 전자 하우징(29)은 고정 보어들을 갖는 바닥판(4)을 구비한다. 편심 하우징(1)은 전자 하우징(29)상에 끼워 맞추어지고 거기에 고정 연결되며, 나사에 의해서 편심 하우징에 연결된 변속기 유닛을 갖춘 구동모터(2)를 보유한다.
편심 드라이브의 부품들은 상부에서 편심 하우징(1)과 편심 하우징(29)에 의해서 형성된 하우징에 고정된다. 편심 드라이브의 부품들은 개별적인 부분들의 서로에 대한 위치상 부합을 보장하고 편심 하우징(3)에 고정되는 편심 캐리어(22)에 장착된다. 3상 비동기 모터(2)는 각도 변속의 형태인 스텝-다운 변속기(11)와 함께 외부로부터 편심 하우징(1)에 구조적 유닛으로서 플랜지 장착되어 나사에 의해서 연결된다. 변속기 모터의 출력 샤프트는 모터의 샤프트의 각도와 직각을 이루고, 편심 드라이브의 구동샤프트를 형성하거나, 또는 설명한 실시 예에서와 같이, 커플링에 의해서 동축으로 거기에 연결된다. 편심 드라이브의 구동샤프트, 편심샤프트(17)는 편심 캐리어(22)에 회전 가능하게 장착되고, 거기에 고정 연결된 부분의 형태로 편심을 유지한다. 편심샤프트는 상응하는 절개 스러스트 링(20)을 통해서 편심을 통과한다. 편심샤프트(17)는 모터(2)가 작동하고 그것의 절개 개구부의 내면에서, 즉 편심의 외면과 접촉 표면에서 스러스트 링(20)을 구동시키는 경우에 샤프트 커플링에 의해서 모터/변속기 유닛에 의해 회전 구동된다. 스러스트 링(20)은 예를 들어 사출성형 방식으로 거기에 고정 연결된 스러스트 로드(19)를 구동시킨다. 스러스트 링(20)과 스러스트 로드(19)로 구성된 유닛이 2개의 슬라이딩 부쉬에 종방향으로 미끄러질 수 있게 지지된다. 스러스트 링(20)과 스러스트 로드(19)의 종방향 축(18) 및 편심 샤프트(17)의 축은 수평면에 각각 배치되고 서로 직각을 이룬다. 스러스트 로드(19)에 대한 2개의 부쉬들(26)중 하나는 압력 헤드 단부를 통해서 편심 캐리어(22)에 고정된 베어링 디스크(24)에서 지지된다. 계량헤드측으로부터 떨어진 스러스트 링(20)의 트러니언(trunnion)을 수용하는 부쉬(27)가 행정 조정 핀(8)에 끼워맞추어진다. 행정 조정 핀(8)의 조정을 위해서 손으로 작동되는 조정 부재(7)는 스러스트 로드(19)의 종축(18)과 동일한 축상에서 편심 캐리어(22)의 나사 내로 나사결합되며, 이때 나사는 스러스트 링(20)의 축방향 운동을 흡입 위상으로 제한하여 계량펌프의 행정을 제한하게 된다.
또한, 하우징은 그것의 하부에서 폐쇄공간인 전자 하우징(29)에 전자 제어시스템을 포함한다.
계량헤드(12)는 제어라인(10)의 반대쪽에서 스러스트 로드의 종축(18)과 동일한 축상에 배열되고, 여기에서 예를 들어 플라스틱 재료로 제조된 다이어프램(13)은 변위부재로서 작동하며, 다이어프램은 그것의 주변부를 통해서 고정 결합된다. 계량헤드(12)는 계량챔버(16)에서 다이어프램(13)과 계량헤드(12) 사이에서 유입밸브(14)에 의해서 흡입되어 출력밸브(15)에 의해서 계량라인 내로 흡입될 매체를 가압하기 위해서 유입밸브(14)와 배출밸브(15)를 구비한다. 계량펌프는 용적원리에 따라서 작동한다. 즉, 각각의 행정에 있어서 소정의 용적이 한편으로는 흡입되고 다른 한편으로는 배출밸브(15)에 의해서 배출된다. 다이어프램(13)은 종축상에서 스러스트 로드(19)를 왕복시키는 편심 드라이브에 의해서 진동 운동으로 변위된다. 스러스트 링(20)과 디스크(24)의 쇼울더 사이에 배열된 압축 스프링(23)은 예를 들어 코일 스프링이고, 소정 시간의 어떤 순간에 능동적으로 잠궈지는 방식으로 스러스트 링(20)으로 하여금 편심에 대하여 견딜 수 있게 한다. 편심 운동의 전방 위상에 있어서, 즉 계량헤드를 향하는 스러스트 로드의 운동에 있어서, 스러스트 로드를 갖는 스러스트 링은 압축 스프링쪽으로 이동하고, 동시에 다이어프램(13)은 계량 챔버(16)내로 가압되며, 그 결과 계량 챔버 내로 증가된 압력이 조성되고, 출력밸브(15)가 개방되어 계량될 매체가 계량 라인 내로 가압된다. 편심운동의 복귀 위상에 있어서, 즉 계량헤드로부터 멀어지는 스러스트 로드의 운동에 있어서, 스러스트 링(20)은 예를 들어 코일 스프링의 형태가 될 수 있는 가압된 압축 스프링(23)에 의해서 편심운동을 따르도록 행정 조정 핀(8)에 대하여 반대방향으로 이동하고, 그 결과 다이어프램(13)에 연결된 스러스트 로드(19)는 그것의 운동을 다이어프램에 전달하고, 이에 의해서 계량 챔버(16)에 있어서 감소한 압력은 유입 밸브(14)를 개방시켜서 계량될 매체가 추후 시간에 계량 챔버내로 흡입될 수 있게 된다.
도 2는 계량펌프의 개략도이다. 도시된 실시 예에 있어서, 변위부재에 발휘된 힘은 모터 전류(I), 모터 전압(U) 및 공지된 모터 특성들, 즉 공지된 변속기 배열로부터 계산된다.
도 3a는 행정기간 동안에 디스플레이서 요소의 운동(아래)과 토크(위)의 시간에 따른 변화를 개략적으로 나타낸다.
디스플레이서 요소의 운동은 대체적으로 사인파모양으로 변화한다. 압력 행정(hD)동안에, 디스플레이서는 최소 편향(SMIN)으로부터 최대 편향(SMAX)으로 이동한다. 부수적인 흡입행정동안에, 디스플레이서는 최대 편향(SMAX)으로부터 최소 편향(SMIN)으로 다시 이동한다. 전체 행정기간(H)은 압력행정(hD)과 흡입행정(hS)으로 구성된다. 만일 도 3a에 도시된 토크가 고려되면, 토크가 기본 토크(M0)와 피크 토크(M1) 사이에서 움직이는 것을 볼 수 있을 것이다. 단지 압력행정(hD) 동안에는 토크는 기본 토크(M0)와는 다르다. 압력행정 이외에서 모터는 운반될 매체에 힘을 가하지 않으며, 그래서 마찰 손실때문에 단지 기본 토크(M0)만이 요구된다. 디스플레이서는 스프링 요소에 의해서 그것의 시작위치로 다시 이동한다.
압력행정 동안에 토크에서의 변화는 여기에서는 대체적으로 사인파모양으로 변화하고 변속특성에 따른다. 압력행정(hD)의 초기와 말기에서 가해질 힘은 변속기 스텝-업 비율에 의해서 매우 낮아진다. 그 사이에서 최대값(M1)까지 증가한다.
도 3b는 행정기간 동안에 디스플레이서 요소의 운동(아래)과 토크(위)의 시간에 따른 변화를 개략적으로 나타내며, 이때 상황은 단지 부분적인 행정이 수행된 것을 나타낸다.
만일 디스플레이서 요소가 최소 편향(SMIN)으로 다시 돌아갈 수 없다면, 조정가능한 접합부가 행정 길이를 제한하거나 또는 행정 길이가 다른 예측불가능한 이유로 제한되기 때문이며, 단지 부분적인 행정만이 수행된다. 도 3b의 바닥에 나타낸 디스플레이서 운동의 개략도로부터 알 수 있으며, 여기에서 편향은 편향(SA)과 최대 편향(SMAX) 사이에 있다. 결과적으로, 압력행정(hD)과 흡입행정(hS)은 도 3a에 나타낸 압력행정과 흡입행정에 비해서 크게 감소한다.
도 3b의 상부를 통해서 토크의 시간에 따른 변화는 도 3a에 나타낸 것과 크게 다르다는 것을 알 수 있을 것이다. 결과적으로, 실제적으로 수행된 행정길이는 토크에서의 변화로부터 추론할 수 있으며, 소정의 참조 행정길이와 비교할 수 있다. 만일 실제적인 행정길이가 참조 행정길이와 같지 않으면, 바람직한 실시 예에서 실제 행정길이는 모터 전류 및/또는 모터 전압의 교대에 의해서 참조 행정길이로 채택될 수 있다. 그럼에도 불구하고 참조 행정길이에 대한 그러한 채택은 원하지 않거나 가능하지 않으며, 실제 행정길이는 본 발명에 따른 방법에 의해서 결정될 수 있으며, 계량 용적은 그로부터 계산될 수 있으며, 후자는 참조 계량용적과 비교될 수 있다. 그러면, 모터의 속도는 행정당 감소한 계량 용적에 대하여 보상하도록 증가된다.
봉쇄 탐지가 또한 가능하다. 공지된 실시 예들에 있어서, 위치센서는 변위부재의 위치를 탐지하고, 그러한 상황하에서 봉쇄가 일어난 것을 그로부터 추론할 수 있으며, 본 발명에 따른 실시 예는 만일 모터에 의해서 발휘된 토크가 소정의 한계값을 초과하면 펌프의 작동을 중지시킨다. 본 발명에 따른 봉쇄 작동중지는 그러한 상황하에서 모터에 대한 손상을 방지할 수 있다.
어느 시간 또는 소정 기간보다 긴 기간에 걸쳐서 주어진 순간에 소정의 한계값이 초과될 때 봉쇄 탐지가 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 편심위치로부터 소정의 한계값을 공제하는 것이 가능하다. 즉, 시간에 따라 변할 수 있도록 소정의 한계값을 채택하는 것이 가능하다.
불완전한 흡입행정은 동일한 방식으로 결정될 수 있다. 도 4a는 토크(위)와 디스플레이서 운동(아래)에서의 시간에 따른 변화를 개략적으로 나타낸다. 실선은 도 3a에 도시된 구성에 대응한다. 만일 운반되기에 충분한 매체가 어떤 이유로해서 흡입행정에서 운반챔버내로 흐를 수 없다면, 변위부재는 편심을 따를 수 없지만 상승할 것이다. 그 상황이 도 4a에 파선으로 나타나 있다. 편심운동을 따르는 대신에, 계량챔버는 단지 점진적으로 채워지고 그래서 편심은 계량챔버가 채워지기전에 다시 그것의 최대 편향의 방향으로 이미 이동한다. 그 결과 도 4a에 도시된 바와 같이 압력행정(hD)이 짧아진다.
도 4b는 부분적인 행정의 경우에 있어서 동일한 상황을 나타낸다. 시간이 지남(tv)에 따라서 불완전한 흡입행정이 일어나고 적당한 측정은 계량 효과를 유지하기 위해서 임의로 고려되거나 대응하는 에러 신호가 출력될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 행정 이동 내에 미끄럼 탐지을 가능하게 하고 흡입행정 내에 즉각적인 안정화 제어를 임의로 가능하게 한다. 회전속도는 행정의 측정에 의해서 일반적으로 결정되고 회전속도는 전체 행정에 대하여 임의로 적합하지만, 바람직한 실시 예에 있어서, 압력행정과 흡입행정 내에서 증가하는 미끄럼과 함께 토크가 채택된다.
설명을 위해서 도 5는 본 발명에 따른 방법에 의해서 조절되는 모터에 대하여(파선) 그리고 공지된 모터에 대하여(실선) 회전속도 대 시간을 나타낸 도면이다. 공지된 모터들에서 기간 내에 증가된 부하로 인하여 속도가 주기적으로 떨어지는 반면에, 회전속도는 본 발명에 따른 조절로서 일정하게 유지된다. 그것을 달성하기 위해서 모터 토크는 행정 내의 시간에서 적절한 순간에 변화되어야만 한다.
그러한 측정은 행정의 길이가 줄어들고 행정 기간의 길이가 이상적인 값으로 조정되는 반면에 압력 행정의 길이와 행정 기간은 속도의 감소로 인하여 길이가 증가하는 것을 제공한다.
그러므로 본 발명에 따른 방법은 회전속도에서의 감소를 초래하는 높은 부하에서도 계량하는 출력을 일정하게 유지할 수 있다.
그러므로 본 발명에 따른 방법은 유압, 즉 작동압력을 토크로부터 추론할 수 있게 한다. 그러므로 실제토크와 참조토크 사이의 편차가 예를 들어 30% 이상일 때 과부하를 방지하기 위해서 펌프가 중단되는 것을 방지하고 드라이브가 자체 파괴되는 것을 방지하기 위해서 모터에 의해서 발생된 토크를 결정하고 그것을 참조토크와 비교할 수 있다.
이미 언급한 바와 같이 압력과 흡입행정은 변위 다이어프램의 유연화 단계가 개입되고 그래서 계량 용적은 작동압력에 의존한다.
만약 본 발명에 따른 방법이 모터 코어 매개변수들로부터 작동 압력이 결정될 수 있게 한다면, 계량 오차는 확인된 작동압력에 따라서 보정될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 추가적인 장점은 변위부재의 어떤 모션 곡선이 설정될 수 있다는데 있다. 그러므로, 편심의 편향각도를 기초로 하여 속도에서의 변화가 보상됨에 의해서 예를 들어 계량과 흡입이 일정한 감소된 속도로 실행될 수 있고, 이에 의해서 균등한 계량이 일어나고 모터의 필요한 피크전력 출력이 감소된다. 또한, 만일 예를 들어 모터가 진자 행정모드로 작동하고 전체 행정 길이가 흡입상황으로 수행되면, 흡입 라인과 계량헤드(작동의 개시)의 첫번째 충전시에 전자 흡입 지원을 수행하는 것이 가능하다.
토크에서의 증가가 편심에 의해서 이루어짐에 따라서 행정 이동을 따라서 모터 작동 매개변수들의 예측 적응에 의해서 시간의 어느 순간에 필요-지향 관계로 모터를 작동시키는 것이 가능하다. 그러한 방식에서, 모터는 에너지 절감 방식으로 작동될 수 있다.
캐비테이션(cavitation)이 발생하면 불완전한 흡입행정이 야기되고 예를 들면 밸브에서 증가된 재료 마모가 일어날 수 있다는 것이 알려져 있다. 힘 및/또는 운동에서의 변화의 평가는 흡입 행정에서의 캐비테이션을 탐지할 수 있게 하고, 예를 들어 흡입행정 속도를 스로틀링(throttling)하는 것과 같이 카운터-계량을 즉시 수행할 수 있게 한다.
1 : 편심 하우징 2 ; 구동모터
4 : 바닥판 7 : 조정 부재
8 : 행정 조정 핀 10 : 제어 라인
11 : 스텝-다운(step-down) 변속기 12 : 계량헤드
13 : 다이어프램 14 : 유입 밸브
15 : 배출 밸브 16 : 계량 챔버
17 : 편심 샤프트 18 : 종축
19 : 스러스트 로드 20 : 스러스트 링
22 : 편심 캐리어 23 : 압축 스프링
24 : 베어링 디스크 27 : 슬라이드 부쉬
29 : 전자 하우징

Claims (14)

  1. 샤프트를 갖는 구동모터, 계량헤드에 배열된 변위부재를 포함하며,
    상기 샤프트는 상기 구동모터에 의해서 구동되고, 상기 샤프트의 회전운동은 상기 변위부재의 진동운동으로 변한되며, 상기 변환부재는 배출밸브 및 유입밸브와 교대로 상호작용하여 펌프행정(압력행정)과 흡입행정을 야기하여 계량될 매체를 운반하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 작동 매개변수, 바람직하게는 모터 전압(U)이나 모터 전류(I)가 측정되고,
    적어도 하나의 조절 매개변수는 측정된 모터 작동변수들 및 임의의 공지된 모터 특성들로부터 계산되며,
    상기 적어도 하나의 조절 매개변수는 소정의 가이드 매개변수에 비교되고, 그리고
    비교의 결과에 따라서 의존하는 비교신호는 출력되고 상태 작동 및/또는 조절 신호로서 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동모터, 바람직하게는 비동기 모터의 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)는 조절 매개변수로서 계산되는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 참조 토크(MLIM)가 가이드 매개변수로서 사용되고, 만일 상기 조절 매개변수가 상기 가이드 매개변수로부터 소정의 토크 차이 이상으로 벗어나면 상태 및/또는 작동 신호가 출력되며, 여기에서 바람직하게는 상기 가이드 매개변수는 시간에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항들 중 한 항에 있어서, 상기 조절 매개변수로서 실제 모터 속도가 모터 회전동안에 바람직하게는 여러번, 특히 바람직하게는 적어도 5번 측정되거나, 또는 모터 작동 매개변수들, 바람직하게는 상기 모터의 실제 토크(MACTUAL) 및 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)로부터 계산되며, 상기 실제 모터속도와 소정의 참조 모터속도 사이의 차이가 비교신호로서 출력되고, 상기 비교신호는 상기 실제 모터속도를 참조 모터속도로 채택하도록 모터 전류(I) 및/또는 모터 전압(U)의 채택을 위한 조절신호로서 사용되는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항들 중 한 항에 있어서, 상기 계량펌프는 제어 및/또는 조절되고, 회전운동을 직선운동으로 변환하기 위한 변속기를 가지며, 상기 모터의 피동축을 상기 변위부재에 연결하고, 상기 변속기는 바람직하게는 편심을 가지며, 상기 편심은 상기 변위부재에 연결된 접촉요소상에서 진행하여 상기 샤프트의 회전에 의해서 상기 변위부재를 상기 계량헤드의 방향으로 이동시키고 이에 의해서 펌프 행정을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항들 중 한 항에 있어서, 소정의 참조 모터속도는 가이드 매개변수로서 사용되고, 상기 참조 모터속도는 상기 변위부재의 주기에 대응하는 주기를 갖는 주기함수인 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항들 중 한 항에 있어서, 상기 참조 모터속도는 상기 직선운동이 일정 속도로 실질적으로 실행되는 방식으로 상기 변속 특성에 대하여 설정되는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항들 중 한 항에 있어서, 상기 조절 매개변수로서 실제 모터 자화가 상기 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 모터 작동 매개변수들 및/또는 공지된 모터 특성들로부터 모터 회전동안에 바람직하게는 여러번, 특히 바람직하게는 적어도 5번 계산되고, 소정의 참조 모터 자화가 가이드 매개변수로서 선택되고, 상기 조절 매개변수와 상기 가이드 매개변수 사이의 차이가 비교신호로서 출력되고, 상기 비교신호는 상기 실제 모터 자화를 상기 참조 모터 자화로 채택하도록 모터 전류(I) 및/또는 모터 전압(U)의 채택을 위한 조절신호로서 사용되며, 바람직하게는 상기 참조 모터 자화는 상기 변위부재의 주기에 대응하는 주기를 갖는 주기함수인 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항들 중 한 항에 있어서, 상기 모터, 바람직하게는 비동기 모터의 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)는 조절신호로서 계산되고, 상기 모터의 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)는 적어도 하나의 기간에 걸쳐서 대체적으로 연속적으로 결정되고, 그러한 방식으로 계산된 상기 모터의 시간-의존 실제 토크(MACTUAL)와 임의의 시간-의존 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)는 상기 가이드 함수로서 적어도 소정의 패턴함수와 비교하고, 상기 비교신호는 상기 조절 매개변수와 상기 가이드 매개변수 사이의 유사성의 정도를 나타내며, 만일 유사성의 정도가 소정 범위의 값들을 추정하면 상기 비교신호는 상태신호로서 사용되는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항들 중 한 항에 있어서, 상기 계량펌프는 적어도 부분적으로 탄력있는 다이어프램을 갖춘 변위부재를 구비하며, 계량의 양은 추가적인 모터 특성들과 연관된 상기 모터의 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)에서의 시간변화에 다른 조절 매개변수로서 계산되고, 계량의 양에 대한 상기 탄력있는 다이어프램의 유연성에 의해서 기대되는 영향은 고려되며, 실제적인 계량 양과 소정의 참조 계량 양 사이의 차이는 비교신호로서 출력되고 실제적인 계량 양을 참조 계량 양으로 채택하도록 모터 전류(I) 및/또는 모터 전압(U)의 채택을 위한 조절신호로서 사용되는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항들 중 한 항에 있어서, 상기 변위부재의 실제 행정길이는 상기 실제 토크(MACTUAL) 및 임의의 자기 실제 플럭스(ΦACTUAL)로부터 조절 매개변수로서 계산되고, 상기 실제 행정길이와 소정의 참조 행정길이 사이의 차이는 비교신호로서 출력되며, 상기 실제 행정길이를 상기 참조 행정 길이로 채택하도록 모터 전류(I) 및/또는 모터 전압(U)의 채택을 위한 조절신호로서 사용되는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항들 중 한 항에 있어서, 상기 스러스트 로드 위치는 측정된 모터 작동 매개변수들 및 임의의 공지된 모터 특성들로부터 조절 매개변수로서 계산되는 것을 특징으로 하는 계량펌프를 제어 및/또는 조절하기 위한 방법.
  13. 샤프트를 갖는 구동모터와 계량헤드에 배열된 변위부재를 포함하며, 상기 샤프트는 상기 구동모터에 의해서 구동되고, 상기 샤프트의 회전운동은 변속기에 의해서 상기 변위부재의 진동운동으로 변환되며, 상기 변환부재는 배출밸브 및 유입밸브와 교대로 상호작용하여 펌프행정(압력행정)과 흡입행정을 야기하여 계량될 매체를 운반하는 계량펌프에 있어서,
    상기 계량펌프는 제 1 항 내지 제 12 항들 중 한 항에 따른 방법을 수행하기위한 제어 및/또는 조절장치를 갖는 것을 특징으로 하는 계량펌프.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 펌프는 작동의 진자 행정 모드로 작동할 수 있도록, 즉 상기 모터의 회전의 방향이 마지막에는 흡입 행정이나 펌프 행정으로 도치될 수 있도록 채택되는 것을 특징으로 하는 계량펌프.
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