Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor, der einen Rotor mit einer Motorwelle hat, die über einen Exzenter mit einem Pleuel in Antriebsverbindung steht, welches Pleuel eine Arbeitsmembrane zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt oszillierend bewegt, wobei dem Antriebsmotor eine Motorsteuerung zugeordnet ist, die mit zumindest einem Sensor in Steuerverbindung steht, wobei die Motorsteuerung die Motordrehzahl entsprechend einer festge- legten oder einstellbaren Solldrehzahl in einem Regelkreis einregelt, und wobei die Motorsteuerung anhand der von dem zumindest einen Sensor kommenden Signale die Drehposition des Rotors ermittelt, um durch Abgleich der Ist-Position mit einer Soll- Position in einem Regelkreis die Motordrehzahl einzuregeln.

Man kennt bereits Membranpumpen, die einen elektrischen Antriebsmotor haben, bei dem die Drehbewegung des Rotors auf eine Rotorwelle übertragen wird, welche Motorwelle über einen Exzen ^¬ ter mit einem Pleuel in Antriebsverbindung steht, das eine Ar- beitsmembrane zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt oszillierend bewegt. Diese vorbekannten Membranpumpen weisen einen Pumpenkopf auf, in dem ein als Pumpraum dienender Hohlraum ausgebildet ist, welcher an einer Hohlraumöffnung von der Arbeitsmembrane verschlossen ist. Die während der Hubbewegungen des Exzenterantriebs oszillierende Arbeitsmembrane ist aus elastischem Material hergestellt.

Das für die Hubbewegung der Arbeitsmembrane benötigte Dreh ^¬ moment des Antriebsmotors ist bei einer über einen Exzenter an- getriebenen Membranpumpe sehr unstetig. Wird nämlich die Ar ^¬ beitsmembrane während einer Hubbewegung aus einer neutralen Lage ausgelenkt, dehnt sich die Membrane und die Kraft wird ähnlich einer Feder in der Arbeitsmembrane gespeichert. Bewegt sich die Membrane demgegenüber in Richtung zu ihrer neutralen Lage, werden diese gespeicherten Kräfte wieder freigesetzt und wirken antreibend. Des Weiteren wechseln die Druckverhältnisse an der Membranoberfläche funktionsbedingt pro Arbeitshub vom Vakuum (Ansaugen) zum Überdruck (Ausstoßen) . Somit wechselt die Drehmomentkraft pro Arbeitshub von einer positiven in eine ne ^¬ gative Kraft. Diese unterschiedliche Drehmomentlast führt bei herkömmlichen Antriebsmotoren zu Drehzahlunterschieden pro Arbeitshub. Diese Drehzahländerungen machen sich durch auf- und abschwellende Motorgeräusche bemerkbar, die für den Anwender unangenehm sind. Die unerwünschte Geräuschentwicklung wird noch dadurch verstärkt, da gerade bei langsam drehenden Membranpumpen die Arbeitsmembrane häufig im oberen Totpunkt hörbar am Pumpenkopf anstößt. Niedrigere Drehzahlen werden aber bei ^¬ spielsweise im medizinischen Bereich gerade deshalb angestrebt, um die Geräuschentwicklung möglichst gering zu halten.

Um den Betrieb einer Membranpumpe zu vergleichmäßigen, werden bislang Schwungmassen zur Dämpfung dieser Lasten eingesetzt. Diese Schwungmassen zeigen ihre Wirkung jedoch vor allem bei hohen Drehzahlen und sind demgegenüber bei niedrigen Drehzahlen des Antriebsmotors wirkungslos.

Auch ist es bereits bekannt, die Drehzahl des Antriebsmotors einer Membranpumpe mit Hilfe eines Encoders derart exakt einzu- regeln, dass die Motordrehzahl pro Arbeitshub konstant gehalten werden kann. Derartige, über einen Encoder drehzahlgesteuerte Antriebsmotoren sind jedoch kostenintensiv und aufwändig, wobei die erforderliche Steuerungselektronik auch empfindlich und fehlerbehaftet sein kann.

Aus der DE 101 62 773 AI ist eine Membranpumpe der eingangs er ^¬ wähnten Art mit einem elektrischen Antriebsmotor vorbekannt, der einen Rotor mit einer Motorwelle hat, die über einen Exzenter mit einem Pleuel in Antriebsverbindung steht, welches Pleuel eine Arbeitsmembran zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt oszillierend bewegt, wobei dem Antriebsmotor eine Motorsteuerung zugeordnet ist, die mit einem Sensor in Signalverbindung steht, welcher zur Bestimmung der Drehposition des Rotors dient, und wobei die Motorsteuerung die Motordreh ^¬ zahl entsprechend einer festgelegten oder einstellbaren Solldrehzahl in einem Regelkreis einregelt. Der mit der Motorsteuerung der als Dosierpumpe verwendeten vorbekannten Membran- pumpe in Steuerverbindung stehende Sensor ist als Hallsensor ausgebildet, der das Magnetfeld des Antriebsmotors misst und dazu am Rotor des Antriebsmotors angeordnet ist. Mit Hilfe der Motorsteuerung wird anhand der von dem Hallsensor kommenden Signale die Drehzahl des Rotors ermittelt, um durch Abgleich der Ist-Position mit einer Soll-Position in einem Regelkreis die Motordrehzahl einzuregeln. Die in der vorbekannten Membranpumpe verwendete Motorsteuerung wird jedoch lediglich dazu verwendet, um die Motordrehzahl messen und einregeln zu können. Eine genauere Bestimmung der aktuellen Lage des Rotors ist mit der aus DE 101 62 763 AI vorbekannten Motorsteuerung demgegenüber nicht möglich und auch nicht vorgesehen.

Aus der EP 2 701 291 Bl kennt man bereits eine KFZ- Fluidikpumpe, die einen bürstenlosen und elektrisch kommu- tierten Antriebsmotor aufweist, dessen permanentmagnetisch erregter Motorrotor mehrere Rotorpole und statorseitig mehrere Magnetspulen hat. Um einen möglichst sicheren und energieeffi ^¬ zienten Betrieb der vorbekannten KFZ-Fluidikpumpe zu ermög- liehen, wird in dieser Fluidikpumpe eine exakte Detektion der rotatorischen Rotorlage des Motorrotors angestrebt, damit hier ^¬ durch eine exakte Steuerung und Regelung des Antriebsmotors realisiert werden kann. Dabei sollen einerseits unerwünschte Betriebszustände, wie beispielsweise Anlaufprobleme, das sog. Toggeln usw. vermieden werden, die insbesondere bei Verdränger- Fluidikpumpen wegen der stark variierenden Drehmomente auftreten können. Zum anderen soll durch eine exakte Terminierung der Stromwendung in den statorseitigen Magnetspulen der absolute Energieverbrauch minimiert werden. Für die exakte Rotorlage- Detektion sind in der vorbekannten KFZ-Fluidikpumpe mindestens zwei statorseitige Hallsensoren vorgesehen, die in einer Querebene zur Motoraxialen liegend angeordnet sind. Die mindestens zwei Sensoren sind beabstandet zur Motoraxialen angeordnet, so dass sie die axialen Magnetfelder der vorbeidrehenden Rotorpole erfassen. Die aus EP 2 701 291 Bl vorbekannte KFZ-Fluidikpumpe weist einen statischen ferromagnetischen Sensorschlusskörper auf, der alle zueinander beabstandeten Hallsensoren magnetisch unmittelbar miteinander verbindet. Hierdurch wird der magneti- sehe Kreis für die in axialer Richtung abgestrahlten Magnetfelder der Rotorpole erheblich verbessert, d.h. der magnetische Widerstand in dem Hallsensor-Kreis wird verringert. Dabei ist der Sensorschlusskörper sternförmig ausgebildet und weist mehrere von der Mitte ausgehende Arme auf, nämlich für jeden Hallsensor einen Arm. Die dem Motorrotor zugewandte Seite der Hallsensoren weist zu den Rotorpolen regelmäßig nur einen relativ kleinen magnetischen Spalt auf. Durch den Sensorschlusskörper wird der magnetische Rückschluss für das Magnetfeld desje ^¬ nigen Rotorpols, der einem Hallsensor magnetisch in diesem Moment gegenübersteht, erheblich verbessert. Hierdurch soll das Signal/Rauschverhältnis an jedem Hallsensor erheblich verbes ^¬ sert werden, so dass die Rotorlage genauer bestimmt werden kann . Die in der aus EP 2 701 291 Bl vorbekannten KFZ-Fluidikpumpe verwendete Motorsteuerung beruht auf der Schlussfolgerung, dass am Magnetfeld desjenigen Rotorpols, der einem Hallsensor magne- tisch in diesem Moment gegenübersteht, ein magnetischer Rück- schluss erfolgt. Bei dieser Motorsteuerung steigt die Genauig ^¬ keit der Detektion der rotorischen Rotorlage mit der Anzahl der um den Rotor angeordneten Hallsensoren. Die in der vorbekannten KFZ-Fluidikpumpe verwendete Motorsteuerung ist daher ver- gleichsweise aufwendig und störanfällig.

Es besteht daher die Aufgabe, eine möglichst geräuscharm ar ^¬ beitende Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die mit einem vergleichsweise geringen Konstruktions- und Her- Stellungsaufwand eine exakte Detektion der aktuellen Rotoranla ^¬ ge erlaubt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Membranpumpe der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, dass die Motorsteuerung zur Bestimmung der Drehposition des Rotors mit zumindest zwei Hallsensoren in Steuerverbindung steht, die mit Abstand voneinander um den Rotor des Antriebsmo ^¬ tors angeordnet sind, dass die zumindest zwei Hallsensoren die Änderung des vom Rotor erzeugten Magnetfeldes jeweils als Sinusschwingung messen, dass dabei von den zumindest zwei Hallsensoren ein erster Hallsensor dem Sinus und ein zweiter Hallsensor dem Kosinus entspricht, und dass die Motorsteuerung die Drehposition des Rotors aus einer Arcus-Tangens-Funktion ermittelt .

Die erfindungsgemäße Membranpumpe weist einen elektrischen An ^¬ triebsmotor auf, der vorzugsweise über eine elektronische Kom ^¬ mutierung verfügt. Der Antriebsmotor hat einen Rotor, dessen Drehbewegung auf eine Motorwelle übertragen wird. Diese Motorwelle steht über einen Exzenter mit einem Pleuel in Antriebs ^¬ verbindung, welches Pleuel eine als Hubkolben dienende Arbeits ^¬ membrane zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt os- zillierend bewegt. Dem Antriebsmotor ist eine Motorsteuerung zugeordnet, die mit zumindest zwei Hallsensoren in Signalver ^¬ bindung steht. Diese Motorsteuerung, die mit den zumindest zwei Hallsensoren in Signalverbindung steht, vermag die Motordrehzahl entsprechend einer festgelegten oder einer einstellbaren Solldrehzahl in einem Regelkreis derart einzuregeln, dass die pro Arbeitshub unterschiedliche Drehmomentlast ausgeglichen und die Motordrehzahl während eines jeden Arbeitshubs vergleichmäßigt wird. Erfindungsgemäß steht die Motorsteuerung dazu mit den zumindest zwei Hallsensoren in Steuerverbindung, die das Magnetfeld des Antriebsmotors und insbesondere die Magnet ^¬ feldänderung während der Drehbewegungen seines Rotors messen. Diese Hallsensoren sind dazu mit Abstand voneinander um den Rotor des Antriebsmotors angeordnet. Die Motorsteuerung steht mit diesen Hallsensoren derart in Signalverbindung, dass die Motorsteuerung anhand der von den Hallsensoren kommenden Signale die Drehposition des Rotors ermitteln und die Motordrehzahl durch Abgleich der Ist-Position mit einer Soll-Position in einem Regelkreis einregeln kann. Durch den Einsatz von zwei oder mehreren versetzt zueinander angeordneten analogen Hallsensoren kann die Motorsteuerung die Lage des Rotors mathematisch bestimmen. Die Genauigkeit der Lagebestimmung des Rotors in der Motorsteuerung ist ausreichend, damit die Motor ^¬ steuerung die Motordrehzahl während der Arbeitshübe der erfindungsgemäßen Membranpumpe konstant halten kann. Dabei kann die Motorsteuerung der erfindungsgemäßen Membranpumpe die exakte Lage und insbesondere die Drehposition des Rotors mit Hilfe einer Arcus-Tangens-Funktion mathematisch genau detektieren. Da bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe die Drehzahl während eines jeden Arbeitshubs konstant gehalten wird, wird lärmverur ^¬ sachenden Drehzahlunterschieden pro Arbeitshub wirksam entgegengewirkt und auf- und abschwellende Motorgeräusche selbst bei geringen Drehzahlen vermieden. Die erfindungsgemäße Membranpum- pe zeichnet sich daher durch einen besonders geräuscharmen Betrieb aus, ohne dass die Konstruktion und Herstellung der erfindungsgemäßen Membranpumpe einen hohen Aufwand erfordert. Da bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe auf einen Encoder und den damit verbundenen Konstruktions- und Herstellungsaufwand verzichtet werden kann, ist die erfindungsgemäße Membranpumpe wesentlich einfacher und kostengünstiger herstellbar.

Die zumindest zwei Hallsensoren messen das Magnetfeld des Motors und insbesondere die Magnetfeldänderungen während der Drehbewegungen seines Rotors. Dabei wird eine Ausführung be ^¬ vorzugt, bei der zumindest zwei Hallsensoren im Abstand von 90° um den Rotor des Antriebsmotors angeordnet sind. Sind die Hallsensoren im 90°-Abstand voneinander montiert, entstehen bei der Drehung des Rotors an den Hallsensoren zumindest zwei Sinusschwingungen, die genau 90° Abstand haben.

Der mit der Konstruktion und Herstellung der erfindungsgemäßen Membranpumpe verbundene Aufwand wird noch zusätzlich reduziert, wenn der Antriebsmotor als ein dreiphasiger Permanentmagnet- Synchron-Wechselstrommotor ausgebildet ist.

Um den Einfluss von Ungleichmäßigkeiten bei der Montage der Hallsensoren zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn die Ausgänge der Hallsensoren über eine zweiphasige Phasenregel- schleife geführt sind.

Die einfache und unempfindliche Ausgestaltung der bei der er ^¬ findungsgemäßen Membranpumpe verwendeten Motorsteuerung wird noch zusätzlich begünstigt, wenn das maximale Drehmoment und/oder die Drehzahl des Antriebsmotors durch Einstellen der Amplitude eines Pulsbreiten-Modulationsträgers steuerbar ist.