Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung der Membran oder des Antriebskolbens einer elektromotorisch angetriebenen Membranpumpe, insbesondere der Erfassung des oberen und unteren Um- kehrpunktes im Bewegungsablauf der Membran einer solchen

Membranpumpe.

Aus dem Stand der Technik sind Membranpumpen zur Förderung von Flüs sigkeiten oder Gasen allgemein bekannt. Im Stand der Technik sind diverse Bauformen von Membran-Pumpen ver fügbar. Alle Bauformen von Membranpumpen betreffen grundsätzlich eine Maschine zur Förderung von Flüssigkeiten bzw. Gasen, die besonders un empfindlich gegen Dauerbeanspruchung und Verunreinigungen im Fördergut ist. Das Funktionsprinzip einer Membranpumpe ist eine Abwandlung der be kannten Kolbenpumpe, wobei jedoch das zu fördernde Medium durch eine Membran vom Antrieb getrennt ist. Der Vorteil dieser Pumpe ist, dass durch die Trennmembran der Antrieb von schädlichen Einflüssen des Fördermedi ums, beispielsweise Schlämme oder Verunreinigungen abgeschirmt wird. Dies bedingt insbesondere die Verschleißarmut und die Unempfindlichkeit einer Membranpumpe bei Dauerbeanspruchung, was derartige Maschinen gut geeignet für Förderaufgaben bei langer Betriebs- und Standzeit, wie sie etwa im industriellen bzw. Kraftfahrzeug-Umfeld auftreten macht. Eine herkömmliche Membranpumpe besitzt ein von einer Membran ver schlossener und eingangs- sowie ausgangsseitig durch Ventile gesicherter Förderraum. Dieser wird bei Druck- bzw. Zugbetätigung der Membran im Vo lumen verändert, wodurch ein Saug- bzw. Kompressionsvorgang und mithin eine Förderung eines Fluids entsprechend der Ventilausgestaltung stattfin- det. Die Auslenkung der Membran geschieht entweder hydraulisch, pneuma tisch, mechanisch oder elektromagnetisch.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer elektromotorisch ange triebenen d. h. mechanisch von einem Elektromotor angetriebenen

Membranpumpe. Solche elektromotorisch angetriebenen Membranpumpen werden in den meisten Fällen über eine Pleuelstange d. h. einen Antriebs kolben und einen Exzenter von einem Elektromotor angetrieben.

Gattungsgemäße Membranpumpen besitzen, bezogen auf die Stößel- bzw. Pleuelbewegung entlang des Exzenterantriebs, eine hohe Drehmomentfluk- tuation entlang einer Umdrehungsrichtung des Exzenters. Aus der Druck schrift DE 102016125578 A ist eine elektromotorisch über Exzentermittel be triebene Membranpumpe bekannt, die ein besonderes Antriebskonzept eines pendelnden Exzenterantrieb nutzt.

Bei Membranpumpen stellt sich die Aufgabe die mechanische Position der Membran und demnach des Antriebskolbens am Exzenter zu kennen, um einen effizienten Pumpenbetrieb über den elektromotorischen Antrieb realisieren zu können. Ferner ist es erforderlich zur Ventilstellung die Umkehr- punkte der Membran von der Ansaugphase mit einem sich vergrößernden Fördervolumen zur Druckphase mit einem kleiner werdenden Fördervolumen zu erfassen, da eine zu frühe oder zu späte Ventilbetätigung einen ineffizien ten Betrieb mit sich bringt. Darüber hinaus werden die Lageerfassung der Membranlage und insbesondere auch der Zeitpunkt der jeweiligen oberen und unteren Totpunkte der Membran zur grundsätzlichen Pumpensteuerung benötigt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfah ren vorzuschlagen, welche auf einfache und kostengünstige Weise eine zu- verlässige Erfassung der Lageposition einer Membran einer elektromotorisch angetriebenen Membranpumpe ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 ge löst.

Erfindungsgemäß ist hierzu eine Positionserfassungsvorrichtung zur Positi- onsbestimmung der Membran oder des Antriebskolbens einer elektromoto risch angetriebenen Membranpumpe vorgesehen, insbesondere der Erfas sung des oberen und unteren Umkehrpunktes im Bewegungsablauf der Membran einer elektromotorisch über Exzentermittel betriebene Membranpumpe, bei welcher eine von einem Antriebspleuel betätigte Membran einen einlass- und auslassseitig mit Ventilmitteln versehenen Förderraum zwischen einem minimalen und maximalen Volumen volumenveränderlich abschließt, indem durch die Wirkung der Exzentermittel eine Drehbewegung eines einen Rotor aufweisenden Elektromotors in eine Betätigungsbewegung des Antriebspleuels umgesetzt wird, wobei die Positionserfassungsvorrich tung Erfassungsmittel zum Erfassen des Lastverlaufs der Membranpumpe während der Bewegung der Membran aufweist, sowie eine Auswerteeinrichtung, um aus dem Lastverlauf zu mindestens die Lage des oberen und unteren Umkehrpunktes der Membran zu ermitteln.

Unter dem oberen und unteren Umkehrpunkt im Sinne der vorliegenden Er findung sind diejenigen Positionen der Membran zu verstehen, an denen sich die jeweilige Bewegungsrichtung der Membran bei dessen Auf- und Ab bewegung in die jeweils entgegengesetzte Richtung ändert, sich somit alternierend das Fördervolumen jeweils an diesen Punkte wieder verkleinert bzw. vergrößert.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Erfassungsmittel ausgebildet sind, insbesondere die Drehmoment verlaufskurve der Membranpumpe während einer vollständigen Auf- und Ab- Bewegung der Membran zu erfassen, weiter vorzugsweise während der ge samten Bewegung der Membranpumpe, so dass eine kontinuierliche Positi onserfassung der Membran an ihren Umkehrpunkten gewährleistet ist.

Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass Messmittel vorgesehen sind, um die Lage des Rotors des Elektromotors zu erfassen, wobei in vorteilhafter Weise die Erfassung der Rotorlage mittels mehrere Lagesensoren und weiter vorzugsweise mittels einer Winkeluhr zur Erfassung des aktuellen Drehwin kels erfolgt. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Positionserfassungsvorrichtung eine Auswerteeinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um kumulativ aus wenigstens dem Lastverlaufs und der darin enthaltenen relativen Drehmomentmaxima und/oder Drehmomentmi- nima und der parallel dazu erfassten Lage des Rotors die Lage der Memb ran, insbesondere den oberen und unteren Umkehrpunkt der Membran zu bestimmen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Membranpumpe ausgebildet mit einer wie zuvor beschriebenen Positionserfassungsvorrichtung.

Ein ebenfalls erfinderischer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung der Membran oder des Antriebskolbens einer elektromotorisch angetriebenen Membranpumpe, insbesondere der

Erfassung des oberen und unteren Umkehrpunktes im Bewegungsablauf der Membran einer elektromotorisch über Exzentermittel betriebene

Membranpumpe, bei welcher eine von einem Antriebspleuel betätigte Memb ran einen einlass- und auslassseitig mit Ventilmitteln versehenen Förderraum zwischen einem minimalen und maximalen Volumen volumenveränderlich abschließt, indem durch die Wirkung der Exzentermittel eine Drehbewegung eines einen Rotor aufweisenden Elektromotors in eine Betätigungsbewegung des Antriebspleuels umgesetzt wird, wobei die Positionsbestimmung wenigs tens aus der Erfassung des Lastverlaufs und der darin enthaltenen relativen Drehmomentmaxima und/oder Drehmomentminima erfolgt.

Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass das Verfahren mit einer wie zuvor beschriebenen Positionserfassungsvorrichtung durchgeführt wird. Weiter vorteilhaft ist es, wenn kumulativ aus dem Datensatz des Lastverlaufs zusammen mit der Lageposition des Rotors mittels einer Auswerteeinrich tung die Lage der Membran, vorzugsweise der obere und unterer Umkehrpunkt der Membran bestimmt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung bei der der Antriebsmotor ein Umrichter gespeister DC-Motor ist wird der Lastverlauf mittelbar aus einer Fußpunkt strommessung des Motors ermittelt, wobei die Messung des Summenstroms am Fußpunkt oder Einspeisepunkt einer Umrichterbrücke des Umrichters gemessen wird.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be schreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Flussdiagramm, welches die Schritte zur Bestimmung der

Extrempunkte der Erfindung zeigt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines beispielhaften Ausführungs- beispiels mit Bezug auf die Figur 1 näher beschrieben.

In der Figur 1 findet sich ein Ablaufdiagramm mit zwei parallel laufenden Prozessen. Während dem gesamten Prozess der Ermittlung der Extrem punkte erfolgt eine Drehzahlregelung des Motors der die Membranpumpe antreibt. Im rechten Teil des Flussdiagramms wird dargestellt, wie die Erfas- sung des oberen und unteren Umkehrpunktes (Extrempunkte) durchgeführt wird. Da die Positionserfassung der Umkehrpunkte der Membran aus der Rotor position mit Positionssensoren und einer Winkeluhr und dem Motorstrom (Lastverlauf) erfolgt, wird auch der Grenzwert des entsprechenden Motor stromes benötigt, der sich somit zyklisch je Umdrehung bis zu einem maxi- malen Wert verändert.

Nach der Bestimmung des Grenzwertes über den gemessenen Strom wer den zunächst die Speicherwerte für die Winkelsumme und einen Wertezähler auf Null gesetzt und eine neue mechanische Umdrehung kann beginnen bzw. wird geprüft, ob eine neue mechanische Umdrehung begonnen hat. Wenn dies der Fall ist, prüft die Auswerteeinrichtung ob der gerade aktuell erfasste Strom größer ist als der Grenzwert. Wenn dies der Fall ist wird die Winkelsumme ermittelt, indem zum gespeicherten Wert der Winkelsumme der jeweils aktuell ermittelte Winkel addiert wird und der Wertezähler jeweils um 1 hochzählt. Der Grenzwert gegen den verglichen wird, ist vorzugsweise der stark gefilterte Motorstrom. Der Motorstrom wird dann gegen diesen Grenzwert verglichen und sobald der Motorstrom kleiner oder gleich dem Grenzwert ist, ist der Extrempunkt erreicht. Die Winkeluhr ist im Prinzip ein Speicher, der bei jedem Zeitintervall (z.B. 100ps) um den Betrag erhöht wird, den der Rotor aufgrund seiner aktuellen Geschwindigkeit zurückgelegt hat.

Es werden hier im Prinzip immer Winkelstücke aufaddiert, diese Winkelstü cke sind in der Einheit„Grad“.

Der Vorgang wird solange durchgeführt, bis die iterative Abfrage erkennt, dass die mechanische Umdrehung beendet ist. Dann kann der Extrempunkt aus der Winkelsumme und dem Wertezähler ermittelt werden.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.