DE102004057824A1

DE102004057824A1 - Elektronischer Druckschalter

Info

Publication number: DE102004057824A1
Application number: DE200410057824
Authority: DE
Inventors: Udo Ehlen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-01

Abstract

Bekannte Druckschalter zum Ein- und Ausschalten eines angeschlossenen Druckaggregats der Kompressor-, Pumpen-, Vakuum- und Kältetechnik, beispielsweise zum Ein- und Ausschalten des Elektromotors (3) eines Verdichters (4), der Druckluft in einen Kessel (2) einspeist, beruhen auf elektromechanischen oder elektronischen Verfahren. In der vorliegenden Erfindung wird zur Zusammenfassung der bisherigen auf dem Kompressoren- und Pumpenmarkt bekannten Lösungen vorgeschlagen, einen elektronischen Druckschalter (1) mit einem voll elektronischen geschlossenen Regelkreis auszubilden, der mit den zusammenwirkenden Bauelementen, nämlich Elektronikplatine (10), vorzugsweise Schaltschütz (8), Programmiereinheit (14) und einem Druckgussflansch (6), zu einer baulich zusammenhängenden Einheit zusammengestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckschalter zum Ein- und Ausschalten eines angeschlossenen Druckaggregats der Kompressor-, Pumpen-, Vakuum- und Kältetechnik, beispielsweise zum Ein- und Ausschalten des Elektromotors eines Verdichters, der Druckluft in einen Kessel einspeist.

Ein derartiger Druckschalter ist beispielsweise zum Betrieb von Kompressoren aus der DE 43 08 090 C1 bekannt. Um Motorschäden aufgrund von Unterspannungen zu verhindern, ist ein solcher Druckschalter mit einem Unterbrecher in Form eines Unterspannungsauslösers ausgestattet. Um Motorschäden aufgrund von Überströmen zu verhindern, ist der Druckschalter auch mit einem Überstromauslöser ausgestattet.

Vor allem jedoch bei mobilen Anlagen kann es zu Fehlschaltungen kommen, auf die der Unterspannungsauslöser nicht reagiert. So besteht beispielsweise die Gefahr, dass bei eingesetzten Verlängerungskabeln die Phasen vertauscht sind, so dass der Motor gegensinnig dreht mit der Folge, dass der Kompressor zerstört wird.

Bei einem Phasenausfall, der bei diesem bekannten Druckschalter ebenfalls nicht erkannt wird, kann es dann zu einer vollständigen Zerstörung des Motors kommen. Zwar ist schon versucht worden, diese potentiellen Gefährdungsstellen mit jeweils separaten Maßnahmen zu erkennen und deren Auswirkungen zu verhindern, jedoch war dies bislang nur mit einem erheblichen baulichen Auf wand realisierbar, wozu insbesondere eine umfangreiche Verdrahtung der einzelnen Teile untereinander erforderlich war. Der Einsatz getrennter Schalter zur Erkennung jeweils eines speziellen Fehlers hat sich daher in der Praxis nicht bewährt.

Weiterhin führen die bisherigen mechanischen Einstelllösungen – durch Einstellschrauben – oft zu Falscheinstellungen durch die Endkunden und eine rein mechanische Entlastung konnte bisher nicht zeitlich eingestellt werden.

Alle bislang vorgeschlagenen Maßnahmen sind unter herstellungs-, installations- und gebrauchsbezogenen Gesichtspunkten nicht geeignet, die aufgezeigten Probleme befriedigend zu lösen.

Ausgehend von diesem beschriebenen Stand der Technik liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckschalter der gattungsgemäßen Art so weiter zu entwickeln, dass seine Funktionsfähigkeit mit geringem baulichen Aufwand verbessert wird.

Die gestellte Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst durch einen voll elektronischen geschlossenen Regelkreis mit den zusammenwirkenden Bauelementen,

• Elektronikplatine mit einem elektronischen Drucksensor als Istwertgeber und einem Aktor zum Ansteuern des Entlastungsventils,
• vorzugsweise handelsübliches Schaltschütz,
• Programmiereinheit,
• Druckgussflansch,

die zu einer baulich zusammenhängenden Einheit zusammengestellt sind.

Als bauliche Einheit sind die Elektronikplatine, das handelsübliche Schaltschütz und die Programmiereinheit auf einer Bodenplatte angeordnet und miteinander verbunden, während der Druckgussflansch an der Unterseite der gemeinsamen Bodenplatte befestigt ist. Der diverse Anschlüsse aufweisende Druckgussflansch ist dabei so befestigt, dass sich an seiner unteren Eingangsseite die Anschlüsse für den Kessel, für ein Sicherheitsventil, für das Entlastungsventil und für ein Manometer etc. und an seiner oberen Eingangsseite die Anschlüsse für den elektronischen Drucksensor und für den Aktor des Entlastungsventils befinden.

Die an der Oberseite der Bodenplatte angeordnete Elektronikplatine, die zum Schutz mit einer Epoxydschicht überzogen ist, enthält vorzugsweise folgende Hauptkomponenten:

• einen elektronischen Drucksensor als Istwertgeber,
• Programmiereinheit mit Programmiertasten,
• einen Aktor (z. B. eine Spule mit Auslösekern) zum Ansteuern des Entlastungsventils,
• ein Display,
• einen Anschluss für ein externes Display,
• diverse digitale und analoge Ein- und Ausgänge, beispielsweise zwei analoge Eingänge für Druck und Temperatur sowie ein Ausgangsrelais,
• diverse Anschlüsse für eine externe Programmiereinheit, eine Kommunikationsschnittstelle (z. B. GSM-Modem, Internet, Busschnittstelle und auch zur Vernetzung zwischen mehreren Druckschaltern oder zum PC), eine Kondensatableiter- und Trockneransteuerung und für den außen auf einer Gerätehaube angeordneten Ein- und Ausschalter.

Durch den entsprechend der Erfindung aufgebauten elektronischen Druckschalter werden die bisherigen auf dem Kompressoren- und Pumpenmarkt bekann ten nur elektromechanischen oder elektronischen Lösungen zusammengefasst. Die elektromechanischen Lösungen schalten den jeweiligen Motor ein und aus; bei der elektronischen Lösung wird über elektronische Sensoren ein Ausgangssignal erzeugt, welches dann von zusätzlichen diversen Elektronik-Steuerungen verarbeitet werden muss.

Durch den erfindungsgemäßen elektronischen Druckschalter wird beides miteinander verbunden. Die Istwerterfassung wird von einem elektronischen Drucksensor und einer Elektronik realisiert und die notwendige Elektromotorenleistung wird über ein handelsübliches Schaltschütz geführt. Erforderliche Einstellungen wie beispielsweise Einschaltdruck, Ausschaltdruck, Entlastungszeit, Wartungsintervalle lassen sich in einfacher Weise – ohne Programmierkenntnisse – einstellen und überwachen.

Durch die voll elektronische Lösung, die durch den internen elektronischen Drucksensor einen geschlossenem Regelkreis beinhaltet, "kennt" die Elektronik . immer den zu überwachenden Druck des Druckaggregats und kann dadurch das Schalten des Motors und des Entlastungsventils zeitlich (über ein Display einstellbar) verändern. Falls es die Schaltleistung erforderlich macht, steuert die Elektronik zur Schaltung der elektrischen Leistung ein handelsübliches Schaltschütz an. Kleinere Schaltleistungen können alternativ direkt mit dem Ausgangsrelais auf der Elektronikplatine geschaltet werden.

Der erfindungsgemäße elektronische Druckschalter schaltet bei Erreichen des vorgegebenen Ausschaltdrucks den Motor aus und bei Erreichen des Einschaltdrucks den Motor wieder an. Die Motoransteuerung kann dabei zeitlich verändert werden. Das vom Aktor angesteuerte Entlastungsventil sorgt dabei dafür, dass die Druckluftleitung bzw. Vakuumleitung zwischen dem Kessel und dem Verdichter bzw. der Vakuumpumpe beim Ausschaltvorgang und optional auch nochmals beim Einschaltvorgang drucklos wird, so dass der Motor beim Wiedereinschalten ohne Last starten kann.

Die Elektronik ist mit einem Zuleitungsaußenleiter und dem N-Leiter elektrisch verbunden und kann bei der Drehstromvariante mit allen drei Zuleitungsaußenleitern (optional auch mit dem N-Leiter) elektrisch verbunden werden. Zusätzlich können an die Elektronik diverse externe Anlagen-Istwertgeber, die Schützansteuerung, eine Magnetventilansteuerung, eine Alarmansteuerung, eine Kondensat- und Trockneransteuerung, ein externes Display, ein Not-Aus-Eingang und diverse Kommunikationsschnittstellen elektrisch angeschlossen werden. Somit können folgende Funktionen angezeigt, eingestellt bzw. überwacht werden: Ein- und Ausschaltdruck, Entlastungszeiten, Druck im Kessel, Druck im Netz, Verdichtertemperatur, Drehrichtung, Phasenausfall, Motorstrom, Zeit- und Betriebsstundenerfassung, Wartungsintervalle und die Parameter für Kondensatableiter und Trockner. Optional kann auch eine Fernwartung angeschlossen werden.

Durch die Elektronik des erfindungsgemäßen elektronischen Druckschalters ist die Einstellung möglich, dass der Druckschalter bei Anliegen äußerer Signale, wie solche durch Temperaturaufnehmer oder potenzialfreie Temperaturschalter, nachgeordnete Geräte spannungsfrei schaltet. Weiterhin ist dabei die elektronische Einstellung möglich, dass der Druckschalter auch bei Auftreten von Fehlern, die zum Ausfall der Steuerung führen können, nachgeordnete Geräte zeitverzögert spannungsfrei schaltet und dass ein Wiedereinschalten bei weiter bestehendem Fehler nicht möglich ist. Die Art des aufgetretenen Fehlers wird dann auf dem Display angezeigt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an einem in einer schematischen Zeichnungsfigur dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die in der Zeichnungsfigur dargestellte Kompressoranlage besteht aus dem erfindungsgemäßen elektronischen Druckschalter 1, einem Kessel 2 für Druckluft, einem Verdichter 4 und einem Elektromotor 3.
Der vom Elektromotor 3 angetriebene Verdichter 4 speist über ein Anschlussrohr 21 Druckluft in den Kessel 2 ein, von dem aus dann die erzeugte Druckluft über ein Anschlussrohr 23 zu einem nicht dargestellten Verbraucher gelangt.
Wie der schematischen Darstellung der Zeichnungsfigur zu entnehmen ist, ist der erfindungsgemäß aus einfachen Komponenten bestehende elektronische Druckschalter 1 zu einer baulichen Einheit in übersichtlicher und leicht bedienbarer Form zusammengesetzt.
Der an der Unterseite der Bodenplatte 7 befestigte Druckgussflansch 6 des elektronischen Druckschalters 1 ist über ein Anschlussrohr 20 mit dem Kessel 2 und über ein Anschlussrohr 22 mit dem zwischen Verdichter 4 und Kessel 2 befindlichen Anschlussrohr 21 verbunden. Innerhalb des Anschlussrohres 22 ist ein Entlastungsventil 5 angeordnet, das durch den Aktor 15 des elektronischen Druckschalters 1 ansteuerbar ist. In der Bodenplatte 7 befinden sich Löcher 17 für Kabelverschraubungen.
Das vom Kessel 2 abgehende Anschlussrohr 20 endet im Druckgasflansch 6 bzw. einer Bohrung in der Bodenplatte 7, über der sich der elektronische Drucksensor 11 der Elektronikplatine 10 befindet. Die in der Zeichnungsfigur dargestellte Vorderseite dieser Elektronikplatine 10 enthält folgende weitere Kompo nenten, und zwar ein Display 12, Programmiertasten 14, diverse Ein- und Ausgänge mit einem Ausgangsrelais 13 und diverse Anschlüsse 16 für ein externes Display, eine externe Programmiereinheit, Kommunikationsschnittstellen (z. B. für GSM-Modem, Internet, Busschnittstelle und auch zur Vernetzung zwischen mehreren Druckschaltern oder zum PC), eine Kondensatableiter- und Trockneransteuerung und für den Ein-Ausschalter an der (nicht dargestellt) Gehäusehaube.
Weiterhin befindet sich auf der Bodenplatte 7 direkt hinter der Elektronikplatine 10 und mit diesem verkabelt (die Verkabelung ist nicht dargestellt) ein handelsübliches Schaltschütz 8.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel zur Erzeugung von Druckluft beschränkt, sondern durch Verwendung von unterschiedlichen elektronischen Drucksensoren für eine größere Anzahl von Anwendungen, beispielsweise auch für Schraubenkompressoren, Pumpen, Vakuumanlagen oder als Steuerdruckschalter (ohne Schaltschütz) mit erheblich weniger Typenanzahl einsetzbar.

1: Elektronischer Druckschalter
2: Kessel
3: Elektromotor
4: Verdichter
5: Entlastungsventil
6: Druckgussflansch
7: Bodenplatte
8: Handelsübliches Schaltschütz
10: Elektronikplatine
11: Elektronischer Drucksensor
12: Display
13: Diverse Ein- und Ausgänge und Ausgangsrelais
14: Programmiertasten
15: Aktor
16: Diverse Anschlüsse
17: Löcher für Kabelverschraubungen
20–23: Anschlussrohre

Claims

Elektronischer Druckschalter (1) zum Ein- und Ausschalten eines angeschlossenen Druckaggregats der Kompressor-, Pumpen-, Vakuum- und Kältetechnik, beispielsweise zum Ein- und Ausschalten des Elektromotors (3) eines Verdichters (4), der Druckluft in einen Kessel (2) einspeist, gekennzeichnet durch einen voll elektronischen geschlossenen Regelkreis mit den zusammenwirkenden Bauelementen: • Elektronikplatine (10) mit einem elektronischen Drucksensor (11) als Istwertgeber und einem Aktor (15) zum Ansteuern des Entlastungsventils (5), • vorzugsweise handelsübliches Schaltschütz (8), • Programmiereinheit (14), • Druckgussflansch (6) die zu einer baulich zusammenhängenden Einheit zusammengestellt sind.
Elektronischer Druckschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenwirkenden Bauelemente mit einer Bodenplatte (7) zu einer baulichen Einheit miteinander verbunden sind.
Elektronischer Druckschalter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Bodenplatte (7) der diverse Anschlüsse aufweisende Druckgussflansch (6) so befestigt ist, dass sich an seiner unteren Eingangsseite die Anschlüsse für den Kessel (2), für ein Sicherheitsventil, für das Entlastungsventil (5) und für ein Manometer etc., und an seiner oberen Eingangsseite die Anschlüsse für den elektronischen Drucksensor (11) und für den Aktor (15) des Entlastungsventils (5) befinden.
Elektronischer Druckschalter (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Oberseite der Bodenplatte (7) angeordnete Elektronikplatine (10) aus folgenden Hauptkomponenten besteht: • elektronischer Drucksensor (11) als Istwertgeber, • Programmiereinheit mit Programmiertasten (14), • Aktor (15) (z. B. Spule mit Auslösekern) zum Ansteuern des Entlastungsventils (5), • Display (12), • diverse digitale und analoge Ein- und Ausgänge, beispielsweise zwei analoge Eingänge für Druck und Temperatur, und ein Ausgangsrelais (13), • diverse Anschlüsse (16) für ein externes Display, eine externe Programmiereinheit, Kommunikationsschnittstellen (z. B. für GSM-Modem, Internet, Busschnittstelle und auch zur Vernetzung zwischen mehreren Druckschaltern oder zum PC), eine Kondensatableiter- und Trockneransteuerung und für den außen auf einer Gerätehaube angeordneten Ein- und Ausschalter.
Elektronischer Druckschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (10) mit einer Epoxydschicht überzogen ist.
Elektronischer Druckschalter (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das handelsübliche Schaltschütz (8) unmittelbar neben der Elektronikplatine (10) auf der Bodenplatte (7) angeordnet ist.
Elektronischer Druckschalter (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich intern oder auch extern über ein Zusatzgerät, d. h. externes Display oder PC, alle notwendigen Daten anzeigen, erfassen, speichern und ausgeben lassen.
Elektronischer Druckschalter (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschalter (1) bei Anliegen von äußeren Signalen, wie solche durch Temperaturaufnehmer oder potenzialfreie Temperaturschalter, nachgeordnete Geräte spannungsfrei schaltet.
Elektronischer Druckschalter (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschalter (1) auch bei Auftreten von Fehlern, die zum Ausfall der Steuerung führen, nachgeordnete Geräte zeitverzögert spannungsfrei schaltet.
Elektronischer Druckschalter (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wiedereinschalten bei weiter bestehendem Fehler nicht möglich ist.
Elektronischer Druckschalter (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Art des aufgetretenen Fehlers auf dem Display (12) des Druckschalters (1) angezeigt wird.
Elektronischer Druckschalter (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Elektronikplatine (10), mit Hilfe der Programmiertasten (14) und dem Display (12) oder über die div. Kommunikationsschnittstellen ohne Programmierkenntnisse folgende Parameter einstellbar und überwachbar sind: • Aktueller Druck • Ein- und Ausschaltdruck, mit und ohne Leerlaufzeit • Entlastungszeit mit dem Aktor (15) beim Ein- und/oder dem Ausschalten • Paßwort • Div. Temperaturen • Datum, Uhrzeit, Betriebsstunden, Wartungsintervalle und Herstellungsdatum oder Herstellungscode • Div. Spannungsüberwachungen der Außenleiter (z. B. Phasenfolge etc.) • Div. Kondensatableiter- und Trocknerparameter • Div. Motorstromparameter (z. B. Abschaltstrom, Wirkungsgrad etc.) • Div. Parameter der Kommunikationsschnittstellen (auch für eine Grundlastwechselschaltung)
Elektronischer Druckschalter (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatte (10) je nach länderspezifischen Vorschriften mit einem separaten Gehäuse kapselbar ist.