DE10341946A1

DE10341946A1 - Verfahren zum Betreiben einer elektronisch steuerbaren Motoreinheit und nach diesem Verfahren betriebende Dosierpumpe

Info

Publication number: DE10341946A1
Application number: DE2003141946
Authority: DE
Inventors: Ottmar Stillhard; Klaus Müller
Original assignee: Alldos Eichler GmbH
Current assignee: Grundfos Holdings AS
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: DE10341946B4

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer zusammengesetzten Einheit mit einer elektronisch steuerbaren Motoreinheit und eine mit dieser zusammenwirkenden mechanischen Einheit, beispielsweise einer Dosierpumpe mit drehzahlvariablem Elektromotor, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass zur Vermeidung eines Resonanzfrequenzbereichs der Motoreinheit diese, beispielsweise während eines Druckhubs der Dosierpumpe, intervallweise bei mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Motordrehzahl betrieben wird. Diese Motordrehzahlen (Drehfrequenzen der Motoreinheit) liegen dabei außerhalb des Resonanzfrequenzbereichs, so dass ein Wert für eine Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit, beispielsweise eines Volumenstroms, über dem Zeitintervall im Wesentlichen dem Wert entspricht, der erreichbar wäre, wenn die Motoreinheit bei einer Drehazahl im Resonanzfrequenzbereich betrieben würde. Auf diese Weise lassen sich, beispielsweise bei einer Dosierpumpe, unerwünschte Resonanzerscheinungen, wie unruhiger oder instabiler Lauf, Geräuschentwicklung oder dergleichen, sicher vermeiden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer zusammengesetzten Einheit mit einer elektronisch steuerbaren Motoreinheit und einer mit dieser zusammenwirkenden mechanischen Einheit. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung mit einer elektronisch steuerbaren Motoreinheit, einer mit dieser zusammenwirkenden mechanischen Einheit und einer elektronischen Steuerung für die Motoreinheit.

Auf vielfältigen Gebieten der Technik werden zum Erreichen bestimmter Wirkungen elektronisch steuerbare Motoreinheiten eingesetzt, die mit einer mechanischen Einheit zusammenwirken. Ein Beispiel für solche zusammengesetzten Einheiten sind elektromotorisch angetriebene Dosierpumpen, die insbesondere zum Fördern und Dosieren kleiner bis kleinster Flüssigkeitsmengen, beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie, eingesetzt werden. Bei solchen Pumpen wird die oszillierende Bewegung der Pumpe durch ein Getriebe nach Art eines Kurbelantriebs erzeugt (mechanische Einheit), das durch eine rotatorische Bewegung des in der Pumpe enthaltenen Elektromotors (Motoreinheit) entsprechend umgesetzt und dabei in der Regel noch untersetzt wird, so dass es möglich ist, die Pumpe zum Fördern kleiner Volumina entsprechend genau zu steuern. Zur Fördermengensteuerung werden in der Regel drehzahlvariable Elektromotoren (elektronisch steuerbare Motoreinheiten) eingesetzt. Die Fördermengensteuerung erfolgt durch Änderung der Motorgeschwindigkeit, wobei bei den genannten Motoren, z. B. Schrittmotoren, das Intervall zwischen den einzelnen Motorschritten entsprechend angepasst wird.

Der Einsatz von drehzahlvariablen Elektromotoren hat gegenüber den früher ausschließlich eingesetzten Pumpen mit bei konstanter Drehzahl arbeitenden Motoren, beispielsweise Synchronmotoren, in der Dosiertechnik große Fortschritte gebracht: So kann beispielsweise mit Schrittmotoren durch unterschiedliche Geschwindigkeiten (Zeitdauer) für den Druck- und Saughub der Dosierpumpe der abgegebene Dosierstrom wesentlich gleichförmiger und damit quasi-kontinuierlich gestaltet werden.

Die eingesetzten elektronisch steuerbaren Motoreinheiten, insbesondere wenn es sich um Schrittmotoren handelt, weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie in bestimmten Frequenzbereichen infolge von Resonanzerscheinungen einen unruhigen bzw. instabilen Lauf besitzen, was in vielen Fällen zu verstärkter Geräuschentwicklung, zu unregelmäßigen Antriebsgeschwindigkeiten und anderen negativen Erscheinungen führt. Bei dem angesprochenen Beispiel, bei dem Elektromotoren in Dosierpumpen zum Fördern kleinster Volumina eingesetzt werden, können derartige Resonanzerscheinungen zu einer ungenauen bzw. fehlerhaften Dosierung führen, was in der Praxis unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile beim Betreiben von zusammengesetzten Einheiten mit einer elektronisch steuerbaren Motoreinheit und einer mit dieser zusammenwirkenden mechanischen Einheit allgemein und im speziellen bei Dosierpumpen mit einem Elektromotor und mit diesem zusammenwirkenden mechanischen Pumpmitteln zuverlässig zu vermeiden, ohne dabei die Wirkungsweise bzw. die Dosiergenauigkeit zu beeinträchtigen.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die zusammengesetzte Einheit zum Durchführen einer gewünschten Zahl von Umdrehungen der Motoreinheit während eines Zeitintervalls unter Vermeidung eines Resonanzfrequenzbereichs die Motoreinheit während des Zeitintervalls phasenweise bei mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Motordrehzahl betrieben wird, die außerhalb des Resonanzfrequenzbereichs liegen. Die beiden Drehfrequenzen werden so gewählt, dass die Gesamtzahl der Umdrehungen während des Zeitintervalls der gewünschten entspricht. Hierdurch wird erreicht, dass ein Wert für eine Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit über dem Zeitintervall im wesentlichen dem beim Betrieb der Motoreinheit bei einer Motordrehzahl im Resonanzfrequenzbereich erreichbaren Wert entspricht, während erfindungsgemäß ein Betrieb im Bereich der Resonanz weitgehend vermieden wird, so dass ein Auftreten der vorstehend genannten negativen Erscheinungen im Resonanzbereich weitgehend ausgeschlossen ist.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass diese zum Durchführen einer gewünschten Zahl von Umdrehungen der Motoreinheit während eines Zeitintervalls unter Vermeidung eines Resonanzfrequenzbereichs aufweist:

– Bestimmungsmittel zum Bestimmen der gewünschten Zahl von Motorumdrehungen,
– Vergleichsmittel zum Vergleichen einer dieser Zahl zugeordneten Motordrehzahl mit einem Resonanzfrequenzbereich der Motoreinheit,
– Rechenmittel zum Bestimmen mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Motordrehzahl außerhalb des Resonanzfrequenzbereichs der Motoreinheit für einen Betrieb der Motoreinheit bei den bestimmten ersten und zweiten Motordrehzahlen während vorgegebener Zeitintervalle oder zum Bestimmen von Zeitintervallen für einen Betrieb der Motoreinheit bei vorgegebener erster und zweiter Motordrehzahl außerhalb des Resonanzfrequenzbereichs der Motoreinheit, und
– Steuermittel zum intervallweisen Ansteuern der Motoreinheit mit den ersten und zweiten Motordrehzahlen während der vorgegebenen oder bestimmten Zeitintervalle.

Vorzugsweise liegt nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die erste Motordrehzahl oberhalb des Resonanzfrequenzbereichs und die zweite Motordrehzahl unterhalb des Resonanzfrequenzbereichs oder vice versa. Auf diese Weise lässt sich bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Dosierpumpe der bei einem Druckhub mit konstanter Drehgeschwindigkeit des Elektromotors auftretende sinusförmige Verlauf des Volumenstroms, der in der Regel insbesondere in seiner Anfangs- und Endphase weit unterhalb eines gewünschten gleichmäßigen Mittelwertes liegt, weitgehend ausgleichen. Um eine noch bessere Kompensation zu erreichen, können erfindungsgemäß mehr als nur eine erste und mehr als nur eine zweite Motordrehzahl vorgesehen sein, so dass insbesondere in der Anfangsphase des Druckhubs der Totpunkt des sinusförmigen Verlaufs möglichst schnell verlassen wird.

Ebenfalls aus Gründen der Kompensation ist im Zuge einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Motoreinheit zunächst bei der ersten, anschließend bei der zweiten und schließlich erneut bei der ersten Motordrehzahl betrieben wird. Vorzugsweise wird dabei schon aus Gründen der Materialschonung sowie der Geräuschvermeidung die Motordrehzahl beim Übergang von der ersten zur zweiten Motordrehzahl kontinuierlich verändert. Obwohl hierbei kurzzeitig auch der Resonanzfrequenzbereich durchfahren werden muss, lassen sich die entsprechenden Zeiten leicht so begrenzen, das sich keine nachteilige Resonanzwirkung aufbauen kann.

Verfahrenstechnisch sind zur Kompensation der Frequenzänderungen zwei alternative Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die sich als Zeitmodulation und Frequenzmodulation bezeichnen lassen. Bei der Zeitmodulation ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Motordrehzahl im wesentlichen vorgegeben sind und der Wert einer Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit durch Anpassen von Zeitintervalllängen für den Betrieb der jeweiligen Motordrehzahl eingestellt wird. Dagegen wird im Zuge der Frequenzmodulation die Kompensation dadurch erreicht, dass Zeitintervalllängen für den Betrieb bei der ersten und der zweiten Motordrehzahl im wesentlichen vorgegeben sind und der Wert einer Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit durch Anpassen von Werten für die erste und die zweite Motordrehzahl eingestellt wird. Jedoch ist auch eine aus den beiden genannten Modulationsarten zusammengesetzte Mischform möglich.

Vorzugsweise erfolgen die genannten Veränderungen der Motordrehzahl, wenn es sich bei der zusammengesetzten Einheit um eine Dosierpumpe mit drehzahlvariablem Elektromotor, bei der mechanischen Einheit um oszillierende Pumpmittel und bei einer Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit um einen geförderten Volumenstrom handelt, während eines Druckhubs der Dosierpumpe, der somit auch das in den Ansprüchen 1 und 10 genannten Zeitintervall darstellt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dosierpumpe nach Anspruch 11 ist vorgesehen, dass es sich bei dem Elektromotor um einen Schrittmotor oder einen EC-Motor handelt.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 den Frequenzverlauf der Motordrehzahl einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Betrieb nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
3 eine graphische Darstellung eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens realisierbaren Ausgangskenngröße; und
4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form einer Dosierpumpe 1. Die Dosierpumpe 1 bein haltet eine Steuereinrichtung 1.1 sowie eine Dosiereinheit 1.2. Die Steuereinrichtung 1.1 erhält nach dem gezeigten Ausführungsbeispiel, das in seinen Grundzügen der parallelen deutschen Patentanmeldung 103 22 404.1 desselben Anmelders entnommen ist, als Sollsignal S eine durch einen externen Impulsgeber 2, beispielsweise einem Durchflussmesser, erzeugte Impulsfolge. Der externe Impulsgeber 2 ist dabei in einer Fluidleitung 3 eingesetzt, durch die ein Fluidstrom V . geleitet wird. An diesen ist ein durch die erfindungsgemäße Dosierpumpe 1 durch eine Dosierleitung 4 zu liefernder Volumenstrom Q (Dosierstrom) geeignet anzupassen, so dass im weiteren Verlauf der Fluidleitung 3 im Gesamtfluidstrom V . + Q ein geeignetes Mischungsverhältnis besteht.
In der Darstellung der 1 sind Signale bzw. Signallaufwege generell mit punktierten Pfeilen bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Dosierpumpe 1 weist in der Steuereinrichtung 1.1 Signalverarbeitungsmittel für das Sollsignal S auf, nämlich einen Zähler 1.1.1 und einen Frequenzfilter 1.1.2, vorzugsweise einen Tiefpass, wie in der genannten Patentanmeldung 103 22 404.1 detailliert beschrieben. Weiterhin beinhaltet die Dosierpumpe 1 einen Multiplizierer 1.1.3, Eingabe-/Speichermittel 1.1.4 für einen Dosierfaktor K_D sowie Vergleichsmittel 1.1.5 in Form eines Subtrahierers, der das Ausgangssignal des Multiplizierers 1.1.3 mit einem durch die Dosiereinheit 1.2 der Dosierpumpe 1 gelieferten Ist-Signal I vergleicht. Den Vergleichsmitteln 1.1.5 nachgeschaltet beinhaltet die Steuereinrichtung 1.1 Steuermittel 1.1.6 zum Anpassen von Betriebsparametern der Dosiereinheit 1.2, insbesondere der Motordrehzahl eines in der Dosiereinheit 1.2 enthaltenen Elektromo tors 1.2.1. Bei dem Steuermittel 1.1.6 kann es sich vorzugsweise um einen PID-Regler handeln.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 beinhalten die Steuermittel 1.1.6 weiterhin Bestimmungsmittel 1.1.7, die zum Bestimmen eines zu fördernden Volumenstroms Q und einer zugeordneten Motordrehzahl des Elektromotors 1.2.1 ausgebildet sind. Weiterhin umfassen die Steuermittel 1.1.6 Vergleichsmittel 1.1.8 zum Vergleichen der zugeordneten Motordrehzahl mit einem Resonanzfrequenzbereich [f₀ – Δf, f₀ + Δf] des Elektromotors 1.2.1 sowie Rechenmittel 1.1.9, die zum erfindungsgemäßen Bestimmen mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Motordrehzahl außerhalb des genannten Resonanzfrequenzbereichs des Elektromotors 1.2.1 ausgebildet sind. Die Bestimmungsmittel 1.1.7, Vergleichsmittel 1.1.8 und Rechenmittel 1.1.9 sind vorzugsweise software technisch innerhalb der Steuermittel 1.1.6 ausgebildet.
Schließlich beinhaltet die Steuereinrichtung 1.1 noch weitere Signalverarbeitungsmittel, nämlich einen weiteren Zähler 1.1.10 sowie einen weiteren Frequenzfilter 1.1.11 (Tiefpass) .
Die eigentliche Dosiereinheit 1.2 beinhaltet zusätzlich zu dem bereits genannten Elektromotor 1.2.1 ein Getriebe 1.2.2, das über eine Motorwelle 1.2.3 mit dem Elektromotor 1.2.1 verbunden ist. Andererseits steht das Getriebe 1.2.2 über eine Pumpenwelle 1.2.4 mit den eigentlichen Pumpmitteln 1.2.5 in Verbindung, die in der 1 schematisch als Kolben oder Membran dargestellt sind.
Weiterhin beinhaltet die Dosiereinheit 1.2 Sensormittel 1.2.6a, b, c in Verbindung mit einer Signalerzeugungseinheit 1.2.7, die zum Erzeugen eines Ist-Signals I dienen. Dieses wird unter Verwendung des Zählers 1.1.10 und des Frequenzfilters 1.1.11 zur grundsätzlichen Steuerung der Dosierpumpe 1 verwendet, wie in der deutschen Patentanmeldung 103 22 404.1 beschrieben.
Die vorstehend beschriebene Dosierpumpe 1 ermöglicht eine stetige Regelung des Dosierstroms Q durch einen ständigen Soll-/Ist-Vergleich in dem Vergleichsmittel 1.1.5. Auf diese Weise gelingt es, eine sehr genaue zeitliche und quantitative Anpassung des Dosierstroms an den ursprünglichen, Impuls erzeugenden Fluidstrom zu erreichen.
Erfindungsgemäß ist die gezeigte Dosierpumpe 1 weiterhin zum Vermeiden bestimmter Drehzahlbereiche (Frequenzbereiche des Elektromotors 1.2.1) ausgebildet, insbesondere wenn es sich bei diesem um einen Schrittmotor oder um einen EC-Motor handelt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Elektromotor 1.2.1 nicht direkt mit einer aus dem Soll-/Ist-Vergleich in den Vergleichsmitteln 1.1.5 resultierenden Drehfrequenz f_i angesteuert wird, sondern dass in den Vergleichsmitteln 1.1.8 zunächst ein Vergleich der Frequenz fi mit einem bekannten Frequenzbereich des Elektromotors 1.2.1 stattfindet, in dem dieser infolge von Resonanzerscheinungen zu einem unruhigen bzw. instabilen Lauf neigt, was im Betrieb zu verstärkter Geräuschentwicklung, unregelmäßigen Antriebsgeschwindigkeiten und damit verbunden zu einer negativen Beeinträchtigung des Dosierstroms Q führen kann. Befindet sich die Frequenz f_i in dem genannten Frequenzbereich, so werden mittels der Rechenmittel 1.1.9 mindestens eine erste und mindestens eine zweite Motordrehzahl (Drehfrequenzen f₁, f₂) bestimmt, die außerhalb des Resonanzfrequenzbereichs des Elektromotors 1.2.1 liegen. Dies ist prinzipiell in der 2 zeichnerisch dargestellt.
Die gestrichelte Linie in 2 zeigt die durch die Bestimmungsmittel 1.1.7 ermittelte Drehzahl des Elektromotors 1.2.3, bei der die Dosierpumpe 1 den gewünschten Volumenstrom Q liefern würde. Allerdings liegt die Frequenz f_i innerhalb des mit [f₀ – Δf, f₀ + Δf] bezeichneten Resonanzfrequenzbereichs des Elektromotors 1.2.1. Nachdem dies in den Vergleichsmitteln 1.1.8 festgestellt wurde, bestimmen die Rechenmittel 1.1.9 eine erste Motordrehzahl f₁ und eine zweite Motordrehzahl f₂ sowie zugehörige Zeitintervalle Δt₁ und Δt₂, so dass die Dosierpumpe 1, wenn sie während eines vollständigen Druckhubs H (Gesamt-Zeitintervall) nicht durchgehend bei der Drehzahl f_i, sondern gemäß der in 3 gezeigten Abfolge zunächst bei der höheren Drehzahl f₁, anschließend bei der niedrigeren Drehzahl f₂ und schließlich erneut bei der höheren Drehzahl f₁ betrieben wird, einen Volumenstrom Q fördert, der im wesentlichen demjenigen entspricht, der sich ergeben würde, wenn der Elektromotor 1.2.1 während des gesamten Druckhubs H mit der unerwünschten Frequenz fi angesteuert werden würde.
Dies ist in der 3 zeichnerisch dargestellt. Die gestrichelte Kurve gibt den sinusförmigen Verlauf des Volumenstroms Q über der Zeit t wieder, der sich bei der Ansteuerung des Elektromotors 1.2.1 mit konstanter Drehzahl fi ergibt. Für einen Druckhub mit konstanter Frequenz (konstanter Winkelgeschwindigkeit) ergibt sich bei Kurbelwellen- bzw. Excenter-Antrieb ein angenährt sinusförmiger Verlauf von Kolben- bzw. Membrangeschwindigkeit und entsprechend ein angenährt sinusförmiger Verlauf des Dosierstroms Q während des Druckhubs H. Demnach verläuft der Dosierstrom Q in der Anfangsphase des Druckhubs H (etwa bei t = 0,2 s) von einem Wert Null ansteigend weit unterhalb des eigentlich gewünschten gleichmäßigen Mittelwertes (etwa bei Q = 0,8 ml/s). Das gleiche gilt für die Endphase des Druckhubs H (etwa bei t = 1,8 s), wo der Wert für den Volumenstrom Q wieder auf den Wert Null abfällt. Dagegen treten im mittleren Bereich des Druckhubs H (0,6 s < t < 1,5 s) Dosierströme Q auf, die entsprechend über dem angestrebten Mittelwert liegen.
Mit dem zuvor anhand der 2 beschriebenen Ansteuerung des Elektromotors 1.2.1 mit größerer Frequenz f₁ in der Anfangs- und Endphase und mit kleinerer Frequenz f₂ in der mittleren Phase des Druckhubs H kann die vorstehend für konstante Frequenzen f_i hergeleitete Ungleichförmigkeit des Dosierstroms Q teilweise kompensiert werden. Dies ist in der 3 anhand der durchgezogenen Kurve dargestellt. Das kurzzeitige Betreiben der Vorrichtung im Bereich der Resonanzfrequenz wirkt sich dabei aufgrund der begrenzten Zeitdauer nicht negativ aus.
Die gezeigte Kompensation kann noch verfeinert werden, wenn statt der geradlinigen trapezförmigen Frequenzverläufe (2) noch feiner angepasste Frequenzverläufe gewählt werden, beispielsweise durch Vorsehen weiterer gegenüber der Frequenz fi erhöhter bzw. erniedrigter Frequenzstufen f₁', f₁'', ... bzw. f₂', f₂'', ... (hier nicht dargestellt). Eine "perfekte" Kompensation wäre erreicht, wenn ein zur Sinusfunktion reziproker Frequenzverlauf durch die Steuermittel 1.1.6 zum Ansteuern des Elektromotors 1.2.1 verwendet würde. Dies ist aufgrund der Unendlichkeitsstellen der reziproken Sinusfunktion bei einem Argument von 0° bzw. 180° jedoch am Anfang und Ende des Druckhubs H technisch nicht realisierbar.
Alternativ zu der anhand der 2 beschriebenen Möglichkeit, sowohl die Frequenzen f₁ und f₂ als auch die zugehörigen Zeitintervalle Δt₁ und Δt₂ durch die Rechenmittel 1.1.9 geeignet anpassen zu lassen, ist es auch möglich, entweder die Frequenzen oder die Zeitintervalle fest vorzugeben und nur den jeweils anderen Parameter gemäß dem gewünschten Volumenstrom Q anzupassen. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn bestimmte Drehzahlen des Elektromotors 1.2.1 für einen genauen und geräusch- bzw. verschleißarmen Dosierbetrieb besonders geeignet sind.
Die 4 zeigt abschließend ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird in den Schritten S1.1, S1.2 der Ist-Wert bzw. der Soll-Wert des Dosiervolumens festgestellt. Im nachfolgenden Schritt S2 wird durch die Bestimmungsmittel 1.1.7 (1) ein (momentan) zu fördernder Volumenstrom Q ermittelt und in Schritt S3 die zugeordnete Motordrehzahl fi des Elektromotors 1.2.1 (1) bestimmt. Anschließend erfolgt in Schritt S4 die Abfrage (in den Vergleichsmitteln 1.1.8), ob die Drehzahl fi oberhalb des Resonanzfrequenzbereichs des Elektromotors liegt, d.h. ob f_i > f₀ + Δf. Wird diese Abfrage verneint (n), so erfolgt in Schritt S5 eine entsprechende Abfrage, ob die Drehzahl fi unterhalb des Resonanzfrequenzbereichs des Elektromotors 1.2.1 liegt, d. h. ob f_i < f₀ – Δf. Wird auch diese Abfrage verneint (n), so wird der Druckhub H wie vorstehend anhand der 2 und 3 erläutert mit Frequenzen f₁ und f₂ sowie zugehörigen Zeitintervallen Δt₁ und Δt₂ durchgeführt . Im Falle einer Bejahung (j) einer der beiden Abfragen in den Schritten S4, S5 wird der Druckhub in Schritt S7 mit der eingangs ermittelten Frequenz fi durchgeführt. In jedem Fall wird das so bestimmte Frequenzsignal in Schritt S8 an einem Ausgang der Steuermittel 1.1.6 bereitgestellt und in Schritt S9 der Elektromotor 1.2.1 entsprechend angesteuert.

1: Dosierpumpe
1.1.: Steuereinrichtung
1.1.1: Zähler
1.1.2: Frequenzfilter
1.1.3: Multiplizierer
1.1.4: Eingabe-/Speichermittel
1.1.5: Vergleichsmittel
1.1.6: Steuermittel
1.1.7: Bestimmungsmittel
1.1.8: Vergleichsmittel
1.1.9: Rechenmittel
1.1.10: Zähler
1.1.11: Frequenzfilter
1.2: Dosiereinheit
1.2.1: Elektromotor
1.2.2: Getriebe
1.2.3: Motorwelle
1.2.4: Pumpenwelle
1.2.5: Pumpmittel
1.2.6a, b, c: Sensormittel
1.2.7: Signalerzeugungsmittel
2: externer Impulsgeber
3: Fluidleitung
4: Dosierleitung
H: Hubtakt
I: Ist-Signal
S: Soll-Signal
Q: Dosierstrom
V .: Fluidstrom
t: Zeit
Δt: Zeitintervall
f_i, f₁, f₂: Motordrehzahl/Drehfrequenz
f₀: Resonanzfrequenz
Δf: (halbe) Breite des Resonanzfrequenzbereichs

Claims

Verfahren zum Betreiben einer zusammengesetzten Einheit mit einer elektronisch steuerbaren Motoreinheit und einer mit dieser zusammenwirkenden mechanischen Einheit, wobei zum Durchführen einer gewünschten Zahl von Umdrehungen der Motoreinheit während eines Zeitintervalls unter Vermeidung eines Resonanzfrequenzbereichs die Motoreinheit während des Zeitintervalls phasenweise bei mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Motordrehzahl betrieben wird, die außerhalb des Resonanzfrequenzbereichs liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Motordrehzahl oberhalb des Resonanzfrequenzbereichs und die zweite Motordrehzahl unterhalb des Resonanzfrequenzbereichs liegt oder vice versa.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheit zunächst bei der ersten, anschließend bei der zweiten und schließlich erneut bei der ersten Motordrehzahl betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl beim Übergang von der ersten zur zweiten Motordrehzahl kontinuierlich verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Motordrehzahl im wesentlichen vorgegeben sind und der Wert einer Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit durch Anpassen von Zeitintervalllängen für, den Betrieb der jeweiligen Motordrehzahl eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Zeitintervalllängen für den Betrieb bei der ersten und der zweiten Motordrehzahl im wesentlichen vorgegeben sind und der Wert einer Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit durch Anpassen von Werten für die erste und die zweite Motordrehzahl eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengesetzte Einheit eine Dosierpumpe mit drehzahlvariablem Motor ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangskenngröße der mechanischen Einheit ein geförderter Volumenstrom der Dosierpumpe ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderungen der Motordrehzahl während eines Druckhubs der Dosierpumpe erfolgen.
Vorrichtung mit einer elektronisch steuerbaren Motoreinheit, einer mit dieser zusammenwirkenden mechanischen Einheit und einer elektronischen Steuerung für die Motoreinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Durchführen einer gewünschten Zahl von Um drehungen der Motoreinheit während eines Zeitintervalls unter Vermeidung eines Resonanzfrequenzbereichs aufweist: – Bestimmungsmittel (1.1.7) zum Bestimmen der gewünschten Zahl von Motorumdrehungen, – Vergleichsmittel (1.1.8) zum Vergleichen einer dieser Zahl zugeordneten Motordrehzahl (fi) mit einem Resonanzfrequenzbereich ([f₀ – Δf, f₀ + Δf]) der Motoreinheit (1.2.1), – Rechenmittel (1.1.9) zum Bestimmen mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Motordrehzahl (f₁, f₂) außerhalb des Resonanzfrequenzbereichs ([f₀ – Δf, f₀ + Δf]) der Motoreinheit (1.2.1) für einen Betrieb der Motoreinheit (1.2.1) bei den bestimmten ersten und zweiten Motordrehzahlen (f₁, f₂) während vorgegebener Zeitintervalle (Δt₁, Δt₂) oder zum Bestimmen von Zeitintervallen (Δt₁, Δt₂) für einen Betrieb der Motoreinheit (1.2.1) bei vorgegebener erster und zweiter Motordrehzahl (f₁, f₂) außerhalb des Resonanzfrequenzbereichs ([f₀ – Δf, f₀ + Δf]) der Motoreinheit (1.2.1), und – Steuermittel (1.1.6) zum intervallweisen Ansteuern der Motoreinheit (1.2.1) mit den ersten und zweiten Motordrehzahlen (f₁, f₂) während der vorgegebenen oder bestimmten Zeitintervalle (Δt₁, Δt₂).
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Dosierpumpe (1) mit einer Motoreinheit in Form eines Elektromotors (1.2.1) und mit einer mechanischen Einheit in Form von nach Maßgabe einer Bewegung des Elektromotors (1.2.1) oszillierenden Pumpmitteln (1.2.5) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheit (1.2.1) als Schrittmotor oder EC-Motor ausgebildet ist.