BOMBA DOSIFICADORA MAGNETICA REGULADA EN EL MOVIMIENTO Y LA VELOCIDAD.

Bomba dosificadora magnética en la que una pieza de presión móvil está montada de forma axialmente móvil en el eje longitudinal con una biela fijamente unida con ella en una envolvente magnética fijamente anclada en la carcasa de la bomba,

de modo que, con la excitación (activación) eléctrica de la bobina magnética, la pieza de presión con la biela es introducida en la envolvente magnética en contra de la acción de un muelle de compresión con reducción del entrehierro existente dentro de un taladro de la envolvente magnética y la pieza de presión, después de la desactivación del imán, retorna a la posición de partida por efecto del muelle de compresión, con lo que la pieza de presión y un órgano de desalojamiento elástico accionado por ésta realizan bajo una activación y desactivación continuadas de la bobina magnética un movimiento oscilante que conduce en la cabeza dosificadora dispuesta en el eje longitudinal, en cooperación con una válvula de entrada y una válvula de salida, a una carrera de bombeo (carrera de impulsión) y una carrera de aspiración, estando unido con la unidad constituida por la pieza de presión (20) y la biela (19) un elemento de referencia (35) cuya posición es explorada por un sensor de posición (36), entregando el sensor de posición una señal real (xI) que está en una relación fija con la posición del elemento de referencia, caracterizada porque la señal real (xI) influye a través de un circuito de regulación, en el marco de su exactitud de regulación, sobre el movimiento de la unidad constituida por la pieza de presión y la biela de modo que esta unidad siga a un perfil de valores nominales prefijado (38)

Bomba dosificadora magnética regulada en el movimiento y la velocidad.

La invención concierne a una bomba dosificadora magnética según el preámbulo de la reivindicación 1.

Estas bombas dosificadoras magnéticas son en general conocidas y se adaptan a los requisitos de cada caso por medio de dispositivos adicionales. Trabajan según el principio volumétrico, en el que el proceso de dosificación consiste en el transporte de un volumen de cámara cerrado. El volumen de dosificación por carrera corresponde aquí a la diferencia de volumen del movimiento de la membrana.

Una bomba dosificadora magnética de esta clase según el preámbulo de la reivindicación 1 es conocida por el documento WO 00/22298.

En una bomba dosificadora magnética de esta clase se apoya en una envolvente magnética estacionaria una pieza de presión móvil de modo que sea introducida en la envolvente magnética al producirse una activación eléctrica de la bobina magnética y acorte entonces su entrehierro, y sea empujada nuevamente hacia atrás hasta su posición de partida por un muelle de recuperación después de la desconexión de la activación eléctrica. Fijamente unida a la pieza de presión va una biela que transmite el movimiento y la fuerza a la membrana de dosificación.

En un caso sencillo, se conecta el imán elevador para realizar una carrera de dosificación durante un tiempo determinado. Otras realizaciones imprimen a la bobina magnética una evolución regulada de la corriente eléctrica según un perfil temporal prefijado, con lo que la fuerza magnética y, por tanto, la capacidad de dosificación se pueden reproducir mejor y con independencia de parámetros eléctricos, tal como, por ejemplo, la magnitud actual de la tensión de la red.

La frecuencia de carrera viene prefijada por la frecuencia secuencial de los impulsos de activación eléctricos. La longitud de carrera puede ser variada, por ejemplo, por medio de un husillo mecánicamente regulable que prefija el punto de arranque del movimiento de carrera; la posición final se alcanza cuando está completamente atraído el imán. Una realización posible consiste en atornillar un perno de regulación de carrera con botón giratorio y escala accesibles desde el lado de manejo del aparato en una rosca de una tapa elevadora que a su vez está fijada por el lado posterior a la envolvente magnética y cuya posición es invariable con respecto a la envolvente magnética.

El desarrollo del movimiento de la membrana es el resultado de la cooperación de las fuerzas operativas. Después de la conexión, aumentan primero la corriente magnética, frenada por la autoinducción, y, por tanto, aumenta la fuerza generada; si se vence la fuerza que actúa sobre la biela debido a la membrana y al muelle de recuperación, se pone en movimiento la pieza de presión. Se reduce el entrehierro al progresar el recorrido y se aumenta la fuerza magnética en medida correspondientemente mayor. Resulta un movimiento rápidamente acelerado con fuerte impacto de la pieza de presión en la envolvente, amortiguado tan sólo por un anillo de amortiguación usualmente existente (anillo tórico). El movimiento completo se desarrolla en unos pocos milisegundos, resultando de esto unas velocidades momentáneas muy altas del medio a dosificar y unas altas puntas de presión de hasta el doble de la presión de trabajo y más.

La membrana no es rígida, sino que se deforma elásticamente en la zona de bataneo en una cuantía determinada cuando actúa sobre ella la presión del medio a dosificar. La cuantía de esta deformación se pierde pierde el movimiento de carrera efectivamente realizado y conduce a que la cantidad a dosificar disminuya al aumentar la presión de trabajo. En aplicaciones normales esta característica descendente tiene con claridad un carácter netamente más acusado que lo que admitiría la precisión de dosificación requerida. Por tanto, las bombas dosificadoras magnéticas no pueden hacerse funcionar usualmente en un ajuste general a lo largo de un amplio intervalo de la presión de trabajo con la precisión deseada; por el contrario, los errores que se presentan son captados por una medición de calibración e incorporados en cálculos adicionales. Sin embargo, esta medición de calibración tiene que efectuarse en la aplicación concreta en condiciones de trabajo reales y constituye, especialmente en combinación con productos químicos agresivos, un paso de trabajo que trae consigo un coste considerable.

El accionamiento magnético actualmente usual en general tiene ciertamente suficiente con unas pocas piezas sencillas y, por consiguiente, es de fabricación favorable, pero sigue estando limitado a potencias relativamente bajas y adolece de inconvenientes con respecto a las propiedades hidráulicas del proceso de dosificación en comparación con una bomba dotada de un accionamiento motorizado. El accionamiento motorizado, por ejemplo por medio de engranajes o excéntricas, es más potente y tiene propiedades de dosificación más favorables para muchos procesos, pero es sensiblemente más costoso de producir.

El problema de la presente invención radica especialmente en eliminar los inconvenientes conocidos con respecto a las propiedades hidráulicas del proceso de dosificación y lograr así un campo de utilización variable y mayor de las bombas dosificadoras magnéticas, sin influir negativamente sobre sus ventajas, concretamente sobre la fabricación sencilla y barata. Además, el proceso de movimiento de la pieza de presión y de la biela unida con ésta deberá adaptarse a los datos nominales de modo que se pueda ajustar el propio proceso de dosificación y también se puedan tener en cuenta y eliminar por medio de la regulación los errores producidos por la técnica de fabricación o por la naturaleza de las membranas elásticas. El emisor de posición deberá estar configurado de modo que las inexactitudes de fabricación y/o las que se presenten durante el uso con respecto a la medición de posición puedan compensarse por medio de la electrónica utilizada.

La solución del problema consiste en que esté unido con la unidad constituida por la pieza de presión y la biela un elemento de referencia cuya posición sea explorada por un sensor de posición, entregando el sensor de posición una señal real que está en una relación fija con la posición del elemento de referencia y que influye a través de un circuito de regulación, en el marco de su exactitud de regulación, sobre el movimiento de la unidad constituida por la pieza de presión y la biela de modo que este movimiento siga a un perfil de valores nominales prefijado.

Con ayuda del dispositivo de regulación y del sensor de posición se capta el movimiento de la pieza de presión con la biela y se guía este movimiento de manera correspondiente a un perfil de movimiento prefijado. El circuito de regulación obtiene para ello como valor de consigna, partiendo de las condiciones marco, el respectivo desarrollo de movimiento adecuado y regula el desarrollo de movimiento real, establecido sobre la base de los valores de medida del sensor de posición, con ayuda de una influenciación de la corriente de la bobina magnética de modo que esta corriente siga lo mejor posible al valor de consigna, con lo que se eliminan las inexactitudes originadas de otra manera por, por ejemplo, las propiedades de la membrana.

Si el sensor de posición trabaja según un principio exento de contacto, se asegura un funcionamiento exento de desgaste del sensor, lo que es ventajoso y, en último término, necesario en vista del alto número de carreras durante la vida útil de una bomba dosificadora.

Si el elemento de posicionamiento unido con la biela está dispuesto en el extremo alejado de la cabeza dosificadora y por fuera de ésta cabeza dosificadora, se consigue así una mayor flexibilidad respecto del espacio de montaje para el sensor de posición.

Si el elemento de posición influye sobre el trayecto de los rayos de una fuente de luz y el sensor de posición cooperante con él, que está dispuesto en la envolvente magnética, trabaja según un principio de receptor fotosensible, se asegura, por un lado, un funcionamiento exento de desgaste, tal como el que es imprescindible en vista del alto número de carreras durante la vida útil de una bomba dosificadora, y se exploran sin contacto las piezas movidas. Otra ventaja de esta disposición reside en que esta configuración de un sensor de posición es en principio insensible frente a campos de dispersión magnética que no pueden evitarse durante el funcionamiento del sensor cerca del imán.

Si el elemento...

1. Bomba dosificadora magnética en la que una pieza de presión móvil está montada de forma axialmente móvil en el eje longitudinal con una biela fijamente unida con ella en una envolvente magnética fijamente anclada en la carcasa de la bomba, de modo que, con la excitación (activación) eléctrica de la bobina magnética, la pieza de presión con la biela es introducida en la envolvente magnética en contra de la acción de un muelle de compresión con reducción del entrehierro existente dentro de un taladro de la envolvente magnética y la pieza de presión, después de la desactivación del imán, retorna a la posición de partida por efecto del muelle de compresión, con lo que la pieza de presión y un órgano de desalojamiento elástico accionado por ésta realizan bajo una activación y desactivación continuadas de la bobina magnética un movimiento oscilante que conduce en la cabeza dosificadora dispuesta en el eje longitudinal, en cooperación con una válvula de entrada y una válvula de salida, a una carrera de bombeo (carrera de impulsión) y una carrera de aspiración, estando unido con la unidad constituida por la pieza de presión (20) y la biela (19) un elemento de referencia (35) cuya posición es explorada por un sensor de posición (36), entregando el sensor de posición una señal real (x_I) que está en una relación fija con la posición del elemento de referencia, caracterizada porque la señal real (x_I) influye a través de un circuito de regulación, en el marco de su exactitud de regulación, sobre el movimiento de la unidad constituida por la pieza de presión y la biela de modo que esta unidad siga a un perfil de valores nominales prefijado (38).

2. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 1, caracterizada porque el sensor de posición (33) explora la posición del elemento de referencia (35) según un principio exento de contacto.

3. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de referencia (35) unido con la biela (19) y el sensor de posición (36) están dispuestos en el extremo alejado de la cabeza dosificadora (12) y por fuera de esta cabeza dosificadora.

4. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento de referencia (35) influye sobre el trayecto de los rayos de una fuente de luz (33) y el sensor de posición (36) cooperante con dicho elemento, que está dispuesto en la envolvente magnética (17), trabaja según un principio de receptor fotosensible.

5. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de referencia (35) es un cuerpo de sombra o un contorno generador de sombra y el sensor de posición (36) cooperante con él, que está dispuesto en la envolvente magnética (17), consiste en un receptor óptico (32) en forma de una serie de células receptoras fotosensibles acopladas por carga (charge coupled device, denominado abreviadamente CCD).

6. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el sensor de posición (36) está dispuesto sobre un portasensor propio que está fijamente unido con la envolvente magnética (17).

7. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 4, caracterizada porque la fuente de luz (33), el cuerpo de sombra o el contorno (35) generador de sombra y el receptor (32) constituyen una disposición semejante a una barrera óptica y los valores de medida se alimentan continua o cíclicamente al circuito de regulación.

8. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el receptor óptico (32) del sensor de posición (36) consiste en una pluralidad de receptores linealmente dispuestos (pixeles), preferiblemente 128 pixeles.

9. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la fuente de luz (33) es un diodo luminiscente (LED) que está dispuesto enfrente del receptor óptico (32) del sensor de posición (36) de modo que su haz de rayos luminosos no sea estorbado por la biela (19) en el camino directo del mismo hacia el receptor.

10. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el valor de partida del sensor de posición (36) se forma por interpolación de los valores de luminosidad de varios pixeles situados en la zona de transición de sombra.

11. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se utilizan medidas de filtrado para el procesamiento de las señales del sensor de posición (36).

12. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se eliminan errores de posición cero del sensor de posición (36) por medio de una memoria de referencia.

13. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se eliminan errores de escalación del sensor de posición (36) por aproximación a una o más posiciones de referen- cia.

14. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se compensa las fluctuaciones de exposición del sensor de posición (36) por medio de un control o regulación de la fuente de luz (30) con ayuda de los valores de luminosidad obtenidos de los pixeles.

15. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se compensan fluctuaciones de luminosidad entre pixeles individuales del receptor óptico (32) por incorporación de una memoria de referencia para la sensibilidad de cada pixel.

16. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la señal (x_I) leída en el sensor de posición (36) se procesa adicionalmente en un dispositivo de regulación y se la compara con una consigna de valor nominal (38), influyendo el dispositivo de regulación sobre el flujo de corriente (I_M) hacia la bobina magnética (2) y provocando así una corrección del desarrollo del movimiento.

17. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 16, caracterizada porque el dispositivo de regulación influye alternativamente sobre la posición (en lo que sigue llamada x_I), la velocidad (en lo que sigue llamada v_I) o la aceleración de la pieza de presión (20) o de la membrana (13) por medio de un dispositivo de regulación y por variación de la corriente de la bobina (en lo que sigue llamada I_M).

18. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 16, caracterizada porque el dispositivo de regulación puede reducir deliberadamente la v_I de la pieza de presión (20) en la fase de aspiración y/o en la fase de impulsión para contrarrestar pérdidas de presión originadas por resistencias al flujo o para contrarrestar la producción de cavitación.

19. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 16, caracterizada porque se comunica la longitud de carrera deseada al dispositivo de regulación por medio de una consigna del usuario y, mediante una activación correspondiente de la bobina magnética (2), se limita electrónicamente el movimiento de la pieza de presión (20) por parte del dispositivo de regulación a la longitud de carrera que se debe realizar.

20. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 16, caracterizada porque el reconocimiento de a qué valor está ajustado el órgano de regulación de carrera (7) se efectúa directamente a través del sensor de posición (36) por medición durante la dosificación.

21. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 16, caracterizada porque el dispositivo de regulación limita la v_I de la pieza de presión (20) al principio y/o al final de la fase de impulsión, es decir, por ejemplo en el primero y el último tercio del recorrido de la carrera, por activación de la bobina magnética (2) de modo que se eviten puntas de presión que serían originadas por variaciones rápidas de la velocidad de la corriente del medio a dosificar o por un choque duro con el tope mecánico.

22. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 16, caracterizada porque el dispositivo de regulación limita la v_I de la pieza de presión (20) al final de la fase de impulsión por activación de la bobina magnética (2) de modo que se evite el efecto del transporte excesivo a pequeña contrapresión.

23. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 16, caracterizada porque el dispositivo de regulación distribuye el movimiento de avance de la pieza de presión (20) durante la fase de impulsión por activación de la bobina magnética (2) a lo largo del tiempo prefijado por la frecuencia secuencial de las carreras de dosificación de modo que la descarga del medio a dosificar se efectúe con la mayor uniformidad posible hasta carreras de dosificación de, por ejemplo, algunos minutos realizadas con mucha lentitud.

24. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 23, caracterizada porque el dispositivo de regulación convierte durante el funcionamiento, con dosificación casi continua, es decir, sin una pausa de reposo importante entre aspiración y carrera de dosificación siguiente, el movimiento de carrera en un funcionamiento con longitud de carrera reducida y elevada frecuencia de carreras, conservando al mismo tiempo aproximadamente la velocidad de la membrana en la carrera de dosificación que da por resultado, en promedio temporal, la capacidad de dosificación deseada, y que finaliza la aspiración por activación de la bobina magnética (2) antes de que la pieza de presión (20) haya sido empujada completamente por el muelle de recuperación (23) contra el tope (de reposo) mecánico delantero o contra el perno de regulación de carrera (8), con lo que el movimiento de la pieza de presión tiene lugar solamente en la zona del recorrido de la carrera en la que son pequeños el entrehierro y, por tanto, la demanda de corriente magnética (I_M).

25. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 16, caracterizada porque durante la fase inicial del movimiento de avance regulado de la pieza de presión (20) el propio dispositivo de regulación o una unidad de control adicional observa la corriente magnética (I_M), deduce de ella la evolución de la fuerza y reconoce así la apertura de la válvula de salida (15), y con ayuda de esta observación mide la zona muerta que se origina a consecuencia de la deformación elástica de la membrana (13) e influye sobre el recorrido realmente realizado finalizando deliberadamente el movimiento de carrera en función de la deformación obtenida de la membrana de modo que se elimine la contribución de error ocasionada por la deformación de la membrana (referido al trayecto de carrera o al volumen dosificado) y se aminore así sensiblemente la dependencia de la cantidad a dosificar respecto de la contra- presión.

26. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 16, caracterizada porque el dispositivo de regulación influye durante el funcionamiento, con una longitud de carrera reducida, sobre el recorrido de carrera realmente realizado durante el movimiento de avance de la pieza de presión (20) en función de la zona muerta medida por la deformación elástica de la membrana (13) mediante una finalización deliberada del movimiento de carrera de modo que se elimine la contribución de error ocasionada por la deformación de la membrana y se mejore así la dependencia lineal de la cantidad a dosificar respecto del valor porcentual de la longitud de carrera ajustada.

27. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el dispositivo de regulación mide durante el movimiento de avance de la pieza de presión (20) la zona muerta originada por la deformación elástica de la membrana (13) y con ayuda de esta zona muerta medida puede realizar una estimación de la presión de trabajo y, al sobrepasarse un valor máximo prefijado de la presión, ajusta la dosificación a fin de evitar un aumento adicional de la presión.

28. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se refrigera el recinto interior de la carcasa de la bomba dosificadora magnética, incluyendo el imán y la electrónica (6, 44).

29. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 28, caracterizada porque, para refrigerar el recinto interior y los componentes ubicados en dicho recinto interior, está dispuesto en este recinto interior un ventilador cuya corriente de aire, guiada forzosamente, baña la pared de la envolvente magnética (17) y/o el devanado (29) de la bobina, así como la pared interior de la carcasa (1) de la bomba dosificadora magnética y otros componentes.

30. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 28, caracterizada porque, para refrigerar el sensor de posición (36), se conduce a través de éste una parte de la corriente de aire (48).

31. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 30, caracterizada porque con la tapa elevadora (28) están unidas unas superficies de guía y/o unos canales que conducen una parte de la corriente de aire (48) hacia el sensor de posición (36).

32. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 29, caracterizada porque una parte adicional de la corriente de aire (49) es conducida a la electrónica (6) incorporada en la tapa (5) de la carcasa.

33. Bomba dosificadora magnética según la reivindicación 28, caracterizada porque en el recinto interior de la carcasa (1) está dispuesta en forma autoportante la envolvente magnética (17) de modo que ésta pueda ser bañada por una corriente de aire para refrigerarla en su periferia.

34. Bomba dosificadora magnética según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el devanado (29) de la bobina presenta un número reducido de espiras junto con una elevada sección transversal del alambre.