不采用傳感器來檢測帶有步進(jìn)馬達(dá)的計(jì)量泵中的故障的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不采用傳感器來檢測容積式泵的機(jī)能故障的方法，其中，所述容積式泵具有可移動的壓排元件，所述壓排元件具有界定計(jì)量室的邊界表面，其中，所述計(jì)量室通過閥被連接到吸入管線和壓力管線，從而使得能夠通過所述壓排元件的振蕩運(yùn)動來交替地經(jīng)由所述吸入管線將要被傳送的流體吸入所述計(jì)量室內(nèi)并且經(jīng)由所述壓力管線將要被傳送的流體壓出所述計(jì)量室，并且其中設(shè)置了步進(jìn)馬達(dá)作為用于所述壓排元件的振蕩運(yùn)動的驅(qū)動器。
【背景技術(shù)】
[0002]具有不同設(shè)計(jì)構(gòu)造的容積式泵是已知的。在一種構(gòu)造中，可移動的壓排元件的表面作為邊界表面來界定計(jì)量室。所述壓排元件和所述計(jì)量室的邊界表面一起能夠在兩個極端位置之間往復(fù)運(yùn)動。結(jié)果，所述計(jì)量室的體積被增大和減小。邊界表面的相應(yīng)位置因此確定了所述計(jì)量室的當(dāng)前體積。在邊界表面的第一極端位置，所述計(jì)量室的體積處于最小值，而在第二極端位置，所述計(jì)量室的體積處于最大值。因此，當(dāng)邊界表面從其第一極端位置移動到第二極端位置時，所述計(jì)量室的體積增大，或者所述計(jì)量室內(nèi)的壓力下降。結(jié)果得到的減小的壓力導(dǎo)致計(jì)量室和壓力管線之間的閥閉合，并且計(jì)量室和吸入管線之間的閥打開，從而使得將被傳送的流體經(jīng)由所述吸入管線吸入所述計(jì)量室內(nèi)。在所述邊界表面從第二極端位置進(jìn)入第一極端位置的返回運(yùn)動中，所述計(jì)量室的體積再次減小或者所述計(jì)量室內(nèi)的壓力上升。由于增大的壓力，計(jì)量室和吸入管線之間的閥閉合，而計(jì)量室和壓力管線之間的閥打開。所述計(jì)量室中增大的壓力將被傳送的流體從計(jì)量室傳送到壓力管線內(nèi)。因此，通過壓排元件和兩個極端位置之間的邊界表面的振蕩運(yùn)動，被傳送的流體被交替地從吸入管線吸入計(jì)量室內(nèi)，并且隨后從計(jì)量室被傳送到壓力管線內(nèi)。
[0003]用于這種容積式泵的驅(qū)動器能夠基于不同的物理驅(qū)動原理。例如，液壓驅(qū)動泵或電磁驅(qū)動泵是已知的。因此，尤其是步進(jìn)馬達(dá)能夠充當(dāng)用于壓排元件的振蕩運(yùn)動的驅(qū)動器。這種步進(jìn)馬達(dá)通常具有轉(zhuǎn)子，也就是具有軸的可旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)部件。通過多個定子線圈(也就是設(shè)置在馬達(dá)的不可旋轉(zhuǎn)部件上的多個線圈)的受控的步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)的電磁場，轉(zhuǎn)子能夠被旋轉(zhuǎn)通過最小角度或者步幅或者其倍數(shù)。所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過推桿或連桿或者類似物而被轉(zhuǎn)化為用于壓排元件的交替式往復(fù)運(yùn)動的平移運(yùn)動。此外，線性馬達(dá)形式的步進(jìn)馬達(dá)同樣是已知的，其中，可運(yùn)動的馬達(dá)部件在兩個極端位置之間的步進(jìn)式平移運(yùn)動直接通過電磁力生成而產(chǎn)生，該平移運(yùn)動能夠被直接傳遞到壓排元件。因此，在那種情況下，壓排元件的兩個極端位置通常對應(yīng)于可運(yùn)動的馬達(dá)部件的兩個極端位置。
[0004]步進(jìn)馬達(dá)尤其是以高水平的穩(wěn)健性和長的使用壽命而著稱。由于步進(jìn)馬達(dá)以各個步幅移動或者以各個步幅的倍數(shù)移動，原則上有可能的是電子馬達(dá)系統(tǒng)或控制系統(tǒng)也對步數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且在此基礎(chǔ)上確定當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置。然而，將被指出的是，馬達(dá)上的機(jī)械載荷導(dǎo)致產(chǎn)生所謂的負(fù)載角，也就是說，定子的電磁場的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)子的機(jī)械旋轉(zhuǎn)之間的偏差。在此方面，能夠區(qū)分靜態(tài)的負(fù)載角和動態(tài)的負(fù)載角。靜態(tài)的負(fù)載角是步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子相對于電磁鎖定位置(也就是由定子線圈產(chǎn)生的電磁場的主方向)在靜態(tài)作用的轉(zhuǎn)矩下旋轉(zhuǎn)通過的角度。相比較而言，動態(tài)的負(fù)載角是旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子在給定時刻從由步進(jìn)式循環(huán)的最后一個脈沖預(yù)先確定的電磁鎖定位置遠(yuǎn)離移動時所通過的角度。這些定義同樣以相應(yīng)的形式適用于線性步進(jìn)馬達(dá)。
[0005]轉(zhuǎn)子在定子線圈的電磁場中的移動在那些線圈中引起反向感生的電壓(所謂的逆-EMF)。逆-EMF與施加在線圈上的電壓疊加，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子和定子旋轉(zhuǎn)場之間的對應(yīng)于逆-EMF的水平的相移。轉(zhuǎn)子跟蹤定子的電磁旋轉(zhuǎn)場，其中相移與所施加的載荷成比例。如果施加的載荷力矩超過臨界值，則步進(jìn)馬達(dá)步伐錯亂，也就是說它回動。在極端的情況下，馬達(dá)停下來。
[0006]因此，在步進(jìn)式的馬達(dá)驅(qū)動器中，通常通過參考信號(例如通過霍爾傳感器)執(zhí)行位置檢測。在那種情況下，例如小的永磁鐵被固定到驅(qū)動器的輸出軸。固定的霍爾傳感器在磁鐵通過時在軸的特定旋轉(zhuǎn)角度位置產(chǎn)生信號。因此，為每一次旋轉(zhuǎn)檢測絕對位置，該絕對位置能夠與在控制系統(tǒng)中假定的定位進(jìn)行比較。然而，當(dāng)利用步進(jìn)馬達(dá)作為用于容積式泵的驅(qū)動器時，在局部沖程運(yùn)動或者局部循環(huán)的情況下，這可能導(dǎo)致計(jì)量準(zhǔn)確性的問題。如果步進(jìn)馬達(dá)因?yàn)檫^高的載荷而停下來，這將導(dǎo)致傳送功能失效，盡管驅(qū)動器單元是開動的。
[0007]根據(jù)測得的參考信號可以確定等于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)持續(xù)時間的沖程階段持續(xù)時間。從那個沖程階段持續(xù)時間推斷計(jì)量過程的無故障執(zhí)行是有可能的。如果發(fā)生延遲或者實(shí)際上計(jì)量沖程因?yàn)檫^壓情形而阻塞，則霍爾傳感器的信號不出現(xiàn)或者被延遲。不出現(xiàn)或者延遲可用作產(chǎn)生故障消息以及用于實(shí)現(xiàn)其他反應(yīng)的基礎(chǔ)。然而，將被指出的是，該信息始終僅在監(jiān)視間隔(也就是通常轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)持續(xù)時間或泵循環(huán)終結(jié))之后出現(xiàn)。為了避免延時，現(xiàn)有技術(shù)中利用了額外的位置傳感器，其在計(jì)量沖程中的任何時刻確定與馬達(dá)的開動有關(guān)的壓排元件的速度或位置，并且能夠?qū)嶋H上幾乎沒有任何延遲地檢測阻塞。然而，這種額外的位置傳感器使泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，由此變得更加容易出現(xiàn)故障并且更加昂貴。
[0008]DE 10 2011 000 569 Al描述了一種可替代的方法和電路裝置，其中在步進(jìn)馬達(dá)的情況下，能夠以不采用傳感器的方式檢測馬達(dá)的負(fù)載角，以便從中確定施加在馬達(dá)軸處的機(jī)械載荷水平。
[0009]如果步進(jìn)馬達(dá)被用于驅(qū)動容積式泵，則驅(qū)動器上施加的載荷基本上由計(jì)量室中的將被傳送的流體的反壓力給出，該反壓力與壓排元件相反地作用。為了監(jiān)視泵的運(yùn)行，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過額外的傳感器(例如通過設(shè)置在計(jì)量頭中的壓力傳感器)來測量該反壓力。
[0010]然而，這種額外的傳感器同樣使泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，并且由于其必需設(shè)置在計(jì)量頭中而尤其是導(dǎo)致了額外的密封問題以及增加的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]將所描述的現(xiàn)有技術(shù)作為基本的出發(fā)點(diǎn)，因此本發(fā)明的目的是提供一種用于檢測容積式泵中的機(jī)能故障的方法，其不需要額外的傳感器。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過以下方式來達(dá)成:確定由步進(jìn)馬達(dá)提供的馬達(dá)力矩，并且當(dāng)所確定的馬達(dá)力矩Mm滿足第一預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)時，傳送警報(bào)信號。
[0013]如果步進(jìn)馬達(dá)的所確定的馬達(dá)力矩由于施加在容積式泵上的載荷超出特定的因馬達(dá)而異的值，則可以推斷存在過載情況。因此，能夠假定步進(jìn)馬達(dá)的至少一些步數(shù)可能丟失或者實(shí)際上已經(jīng)丟失。極端情況可涉及馬達(dá)停機(jī)。因此，容積式泵不再享有計(jì)量準(zhǔn)確性。因此，如果馬達(dá)力矩滿足第一預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)與表征從馬達(dá)的正常狀態(tài)過渡到過載狀態(tài)的參數(shù)(也就是相應(yīng)的因馬達(dá)而異的值)有關(guān)，則可以基于輸出的警報(bào)信號來檢測這種過載狀態(tài)。基于此，能夠啟動其他的相應(yīng)措施。
[0014]所述第一預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)可以直接與所涉及的馬達(dá)力矩(也就是說，馬達(dá)力矩的特定值)有關(guān)，并且也可以是間接的標(biāo)準(zhǔn)，也就是說，從所確定的馬達(dá)力矩的值中推導(dǎo)出另外的參數(shù)，所述標(biāo)準(zhǔn)與該參數(shù)相關(guān)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，不采用傳感器檢測意味著相應(yīng)的傳感器未被設(shè)置在容積式泵的計(jì)量頭內(nèi)或者步進(jìn)馬達(dá)內(nèi)，也就是說，在其移動部件的區(qū)域內(nèi)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，因此，步進(jìn)馬達(dá)可以被設(shè)計(jì)成具有和不具有傳動裝置。
[0017]在一種實(shí)施例中，所述第一預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)考慮了以下參數(shù)中的至少一個:馬達(dá)力矩Mm中由步進(jìn)馬達(dá)應(yīng)用到壓排元件作為總驅(qū)動力Fb的比例，總驅(qū)動力Fb中由壓排元件應(yīng)用到將被傳送的流體作為凈驅(qū)動力比例，以及根據(jù)關(guān)系式P F= Fn/Ae作用在將被傳送的流體上的傳送壓力PF。
[0018]從所確定的馬達(dá)力矩中，可以基于正常操作中的驅(qū)動運(yùn)動學(xué)的適當(dāng)模型來為已知的容積式泵確定應(yīng)用到壓排元件的總驅(qū)動力。通常，步進(jìn)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過推桿被轉(zhuǎn)化為平移運(yùn)動。由于損耗，應(yīng)用到壓排元件的桿力或平移力原則上小于由馬達(dá)提供的馬達(dá)力矩。桿力表示用于壓排元件在平移方向上的總驅(qū)動力。
[0019]然而，事實(shí)上通過壓排元件在第一和第二極端位置之間的平移運(yùn)動傳送到將被傳送的流體的凈驅(qū)動力Fn通常也不同于所提供的總驅(qū)動力Fb。通常，所傳送的凈驅(qū)動力FM小。其原因是容積式泵的同樣參與機(jī)械作用的其他部件需要額外的力。然而，這些部件的影響通常能夠被假定為是已知的，從而在考慮到那些損失的情況下能夠確定為傳送過程保留的凈驅(qū)動力。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，傳送到將被傳送的流體的凈驅(qū)動力？?包括在產(chǎn)生增大的壓力時應(yīng)用到將被傳送的流體的壓力以及在產(chǎn)生減小的壓力時同樣應(yīng)用到將被傳送的流體的拉力。
[0021]基于凈驅(qū)動力Fn，可以根據(jù)關(guān)系式pF= F n/Ae確定作用到將被傳送的流體上的傳送壓力Pf。在那種情況下，邊界表面Ae表示壓排元件的作用在被傳送的介質(zhì)上的操作表面。邊界表面Ae的大