[发明专利]不采用传感器来检测带有步进马达的计量泵中的故障

说明书

技术领域

本发明涉及一种不采用传感器来检测容积式泵的机能故障的方法，其中，所述容积式泵具有可移动的压排元件，所述压排元件具有界定计量室的边界表面，其中，所述计量室通过阀被连接到吸入管线和压力管线，从而使得能够通过所述压排元件的振荡运动来交替地经由所述吸入管线将要被传送的流体吸入所述计量室内并且经由所述压力管线将要被传送的流体压出所述计量室，并且其中设置了步进马达作为用于所述压排元件的振荡运动的驱动器。

背景技术

具有不同设计构造的容积式泵是已知的。在一种构造中，可移动的压排元件的表面作为边界表面来界定计量室。所述压排元件和所述计量室的边界表面一起能够在两个极端位置之间往复运动。结果，所述计量室的体积被增大和减小。边界表面的相应位置因此确定了所述计量室的当前体积。在边界表面的第一极端位置，所述计量室的体积处于最小值，而在第二极端位置，所述计量室的体积处于最大值。因此，当边界表面从其第一极端位置移动到第二极端位置时，所述计量室的体积增大，或者所述计量室内的压力下降。结果得到的减小的压力导致计量室和压力管线之间的阀闭合，并且计量室和吸入管线之间的阀打开，从而使得将被传送的流体经由所述吸入管线吸入所述计量室内。在所述边界表面从第二极端位置进入第一极端位置的返回运动中，所述计量室的体积再次减小或者所述计量室内的压力上升。由于增大的压力，计量室和吸入管线之间的阀闭合，而计量室和压力管线之间的阀打开。所述计量室中增大的压力将被传送的流体从计量室传送到压力管线内。因此，通过压排元件和两个极端位置之间的边界表面的振荡运动，被传送的流体被交替地从吸入管线吸入计量室内，并且随后从计量室被传送到压力管线内。

用于这种容积式泵的驱动器能够基于不同的物理驱动原理。例如，液压驱动泵或电磁驱动泵是已知的。因此，尤其是步进马达能够充当用于压排元件的 振荡运动的驱动器。这种步进马达通常具有转子，也就是具有轴的可旋转的马达部件。通过多个定子线圈(也就是设置在马达的不可旋转部件上的多个线圈)的受控的步进式旋转的电磁场，转子能够被旋转通过最小角度或者步幅或者其倍数。所述旋转运动通过推杆或连杆或者类似物而被转化为用于压排元件的交替式往复运动的平移运动。此外，线性马达形式的步进马达同样是已知的，其中，可运动的马达部件在两个极端位置之间的步进式平移运动直接通过电磁力生成而产生，该平移运动能够被直接传递到压排元件。因此，在那种情况下，压排元件的两个极端位置通常对应于可运动的马达部件的两个极端位置。

步进马达尤其是以高水平的稳健性和长的使用寿命而著称。由于步进马达以各个步幅移动或者以各个步幅的倍数移动，原则上有可能的是电子马达系统或控制系统也对步数进行计数，并且在此基础上确定当前的转子位置。然而，将被指出的是，马达上的机械载荷导致产生所谓的负载角，也就是说，定子的电磁场的旋转和转子的机械旋转之间的偏差。在此方面，能够区分静态的负载角和动态的负载角。静态的负载角是步进马达的转子相对于电磁锁定位置(也就是由定子线圈产生的电磁场的主方向)在静态作用的转矩下旋转通过的角度。相比较而言，动态的负载角是旋转的转子在给定时刻从由步进式循环的最后一个脉冲预先确定的电磁锁定位置远离移动时所通过的角度。这些定义同样以相应的形式适用于线性步进马达。

转子在定子线圈的电磁场中的移动在那些线圈中引起反向感生的电压(所谓的逆-EMF)。逆-EMF与施加在线圈上的电压叠加，从而产生转子和定子旋转场之间的对应于逆-EMF的水平的相移。转子跟踪定子的电磁旋转场，其中相移与所施加的载荷成比例。如果施加的载荷力矩超过临界值，则步进马达步伐错乱，也就是说它回动。在极端的情况下，马达停下来。

因此，在步进式的马达驱动器中，通常通过参考信号(例如通过霍尔传感器)执行位置检测。在那种情况下，例如小的永磁铁被固定到驱动器的输出轴。固定的霍尔传感器在磁铁通过时在轴的特定旋转角度位置产生信号。因此，为每一次旋转检测绝对位置，该绝对位置能够与在控制系统中假定的定位进行比较。然而，当利用步进马达作为用于容积式泵的驱动器时，在局部冲程运动或者局部循环的情况下，这可能导致计量准确性的问题。如果步进马达因为过高的载荷而停下来，这将导致传送功能失效，尽管驱动器单元是开动的。