DE102010044304B4

DE102010044304B4 - Druckwasserwerk

Info

Publication number: DE102010044304B4
Application number: DE102010044304.2A
Authority: DE
Inventors: Antonio DeFilippo; Herbert Stricker; Hermann Drexel; Martin Volk
Original assignee: Al Ko Geraete GmbH
Current assignee: Al Ko Geraete GmbH
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2030-09-04
Also published as: CN102433912A; DE102010044304A1

Abstract

Druckwasserwerk zur Einspeisung von Frischwasser in ein Druckwassersystem, aufweisend: 1.1. eine über mindestens einen Drucksensor druckgesteuerte Wasserpumpe (1), welche Wasser von einem saugseitigen Anschluss (E) ansaugt und in das Druckwassersystem einspeist, 1.2. einen Ausgleichsbehälter (5) mit einer im Behälter angeordneten flexiblen Membran, bei dem auf einer Seite der Membran ein Wasserspeicher (5.4) und auf der anderen Seite der Membran ein Luftspeicher (5.2) angeordnet ist, wobei der Wasserspeicher (5.4) mit dem Drucksystem verbunden ist, 1.3. einen druckseitigen Anschluss (A), der mit dem Druckwassersystem verbunden ist, und 1.4. eine Regelung (8), welche im Normalbetrieb bei Unterschreiten eines vorgegebenen Einschaltdruckes die Wasserpumpe (1) einschaltet und bei Überschreiten eines höheren vorgegebenen Ausschaltdruckes die Wasserpumpe (1) ausschaltet, 1.5. wobei der mindestens eine Drucksensor ein Luftdrucksensor (7) ist, der zur Regelung der Wasserpumpe (1) mit dem Luftspeicher (5.2) derart verbunden ist, dass er den Druck im Luftspeicher (5.2) misst, dadurch gekennzeichnet, dass 1.6. die Regelung (8) der Wasserpumpe (1) einen Prozessor mit einem Programmspeicher aufweist, wobei die Prozessoreinheit im Betrieb des Druckwasserwerkes mindestens ein im Programmspeicher hinterlegtes Logikprogramm ausführt, welches eine Überprüfung des Füllgrades des Luftspeichers (5.2) durchführt, indem es einen wiederkehrenden Messzyklus ausführt, bei dem der Luftdruck im Luftspeicher (5.2) bei entleertem Wasserspeicher (1) gemessen wird und aus dem dann gemessenen Luftdruck auf die Funktionsfähigkeit des Ausgleichsbehälters (5) geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckwasserwerk zur Einspeisung von Frischwasser in ein Druckwassersystem, mit einer über mindestens einen Drucksensor druckgesteuerten Wasserpumpe, welche Wasser von einem saugseitigen Anschluss ansaugt und in das Druckwassersystem einspeist, einem Ausgleichsbehälter mit einer im Behälter angeordneten flexiblen Membran, bei dem auf einer Seite der Membran ein Wasserspeicher und auf der anderen Seite der Membran ein Luftspeicher angeordnet ist, wobei der Wasserspeicher mit dem Drucksystem verbunden ist, einem druckseitigen Anschluss, der mit dem Druckwassersystem verbunden ist, und einer Regelung, welche im Normalbetrieb bei Unterschreiten eines vorgegebenen Einschaltdruckes die Wasserpumpe einschaltet und bei überschreiten eines höheren vorgegebenen Ausschaltdruckes die Wasserpumpe ausschaltet, wobei der mindestens eine Drucksensor ein Luftdrucksensor ist, der zur Regelung der Wasserpumpe mit dem Luftspeicher derart verbunden ist, dass er den Druck im Luftspeicher misst.
Druckwasserwerke mit Flüssigkeitsdrucksensoren sind allgemein bekannt. Solche Kombinationen geregelter Wasserpumpen mit im System befindlichen Ausgleichsbehältern dienen dazu, die Schaltfrequenz der Wasserpumpe zu reduzieren und gegebenenfalls kurzfristige Wasserentnahmeanforderungen, die über der Pumpleistung der Wasserpumpe liegen, befriedigen zu können. Das Grundprinzip besteht dabei darin, dass Luft wesentlich komprimierbarer ist als Wasser, so dass ein komprimierbares Luftvolumen mit dem Drucksystem des Wassers verbunden wird, so dass ohne Einschaltung der Pumpe aufgrund der Expansion des Luftvolumens Wasser gefördert werden kann, bis aufgrund des sich erweiternden Luftvolumens der Druck im Luftspeicher zu stark abgefallen ist. In der Regel wird hierbei zur Trennung zwischen dem Wasser und dem Luftvolumen eine elastische oder zumindest flexible Membran eingesetzt.
Ein Problem dieser Druckwasserwerke besteht in der Anfälligkeit der flexiblen, meist aus Gummi bestehenden, Membran im Ausgleichsbehälter. Geht dieser defekt, so entsteht mehr oder minder schnell ein Druckverlust im Luftspeicher, was dazu führt, dass der Druckausgleichbehälter seine Fähigkeit zur Pufferung, meist schleichend, verliert und damit die Wasserpumpe mit immer kürzeren Ein/Ausschaltintervallen arbeiten muss. Entsteht der Druckverlust im Luftspeicher durch ein nicht absolut dicht schließendes Ventil oder eine allmähliche Luftdiffusion durch die Membran, so kann der noch einseitig wirkende Wasserdruck dazu führen, dass die Membran aufgrund einer Überdehnung einen dauerhaften Schaden nimmt.
Aus der Druckschrift EP 2 208 892 A2 ist ein gattungsgemäßes Druckwasserwerk mit sowohl einem Wasserdrucksensor als auch einem Luftdrucksensor im Bereich des luftgefüllten Ausgleichsbehälters bekannt. Bei dieser Ausführung werden bezüglich des gemessenen Luftdrucks Bereiche angegeben beziehungsweise angezeigt, in denen sich der Luftdruck innerhalb der Luftblase des Ausgleichsbehälters bewegen soll, beziehungsweise bei dessen Unterschreiten auf einen Defekt der Luftblase geschlossen werden kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Druckwasserwerk zu beschreiben, welches automatisch auf einen falschen Füllungsgrad des Luftspeichers im Ausgleichsbehälter hinweist und diesen gegebenenfalls auch korrigiert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Der Erfinder hat erkannt, dass es bei einem Druckwasserwerk mit einem Ausgleichsbehälter möglich ist, alleine durch eine Druckmessung im Luftspeicher und durch eine vorgegebene Steuerung der Wasserpumpe zu bestimmen, ob der Luftspeicher ausreichend gefüllt ist und damit auch die Membran zwischen Luftspeicher und Wasserspeicher in Ordnung ist. Eine Druckmessung im Wasser wird dadurch nicht mehr benötigt. Somit befindet sich der Sensor im trockenen Medium und ist damit auch entsprechend kostengünstiger in der Herstellung und sicherer im Betrieb. Durch die Verbindung des Druckbehälters zum Druckwassersystem über die flexible Membran wird dabei indirekt durch die Messung des Luftdruckes auch der Druck im Druckwassersystem gemessen.
Demgemäß schlägt der Erfinder ein Druckwasserwerk zur Einspeisung von Frischwasser in ein Druckwassersystem vor, aufweisend:

– eine über mindestens einen Drucksensor druckgesteuerte Wasserpumpe, welche Wasser von einem saugseitigen Anschluss ansaugt und in das Druckwassersystem einspeist,
– einen Ausgleichsbehälter mit einer im Behälter angeordneten flexiblen Membran, bei dem auf einer Seite der Membran ein Wasserspeicher und auf der anderen Seite der Membran ein Luftspeicher angeordnet ist, wobei der Wasserspeicher mit dem Drucksystem verbunden ist,
– einen druckseitigen Anschluss, der mit dem Druckwassersystem verbunden ist, und
– eine Regelung, welche im Normalbetrieb bei Unterschreiten eines vorgegebenen Einschaltdruckes die Wasserpumpe einschaltet und bei überschreiten eines höheren vorgegebenen Ausschaltdruckes die Wasserpumpe ausschaltet,
– wobei der mindestens eine Drucksensor als Luftdrucksensor ausgestaltet ist, der zur Regelung der Wasserpumpe mit dem Luftspeicher derart verbunden ist, dass er den Druck im Luftspeicher misst,
– dahingehend zu verbessern, dass die Regelung (8) der Wasserpumpe (1) einen Prozessor mit einem Programmspeicher aufweist, wobei die Prozessoreinheit im Betrieb des Druckwasserwerkes mindestens ein im Programmspeicher hinterlegtes Logikprogramm ausführt, welches eine Überprüfung des Füllgrades des Luftspeichers durchführt, indem es einen wiederkehrenden Messzyklus ausführt, bei dem der Luftdruck im Luftspeicher bei entleertem Wasserspeicher gemessen wird und aus dem dann gemessenen Luftdruck auf die Funktionsfähigkeit des Ausgleichsbehälters geschlossen wird.

Die Überprüfung des Füllgrades des Luftspeichers kann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass das mindestens eine Logikprogramm zur Überprüfung des Füllgrades des Luftspeichers derart ausgestaltet ist, dass es die folgenden Funktionsschritte ausführen kann:

– ignorieren des Unterschreitens des Einschaltdruckes,
– abwarten einer vordefinierten ersten Zeitspanne und überprüfen ob der Luftdruck im Luftspeicher während dieser ersten Zeitspanne einen vorgegebenen ersten Mindestdruck unterschreitet,
– bei unterschreiten des vorgegebenen ersten Mindestdruckes wird eine zweite Zeitspanne gestartet, in der überprüft wird, ob der Luftdruck auf einen zweiten Mindestdruck abfällt,
– falls innerhalb der zweiten Zeitspanne der zweite Mindestdruck erreicht wird, wird eine Alarmmeldung ausgelöst.

Hierbei besteht die Möglichkeit das mindestens eine Logikprogramm so zu gestalten, dass es die Alarmmeldung an der Pumpe anzeigt und/oder die Alarmmeldung ein akustisches Alarmsignal auslöst.
Es besteht auch die Möglichkeit zusätzlich eine Luftzufuhr mit Druckluft zum Luftspeicher vorzusehen und durch die Alarmmeldung eine Aktivierung der Zufuhr von Druckluft in den Luftspeicher zu initialisieren. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer steuerbaren Luftpumpe oder einem separaten Luftdruckbehälter, die/der mit dem Luftspeicher verbunden ist, geschehen.
Zusätzlich kann das Logikprogramm auch einen Zähler aufweisen, der die Anzahl der Pumpzyklen der Wasserpumpe registriert und nach einer vorgegebenen Anzahl die Überprüfung des Füllgrades des Luftspeichers automatisch initialisiert. Ebenso besteht die Möglichkeit zusätzlich oder ausschließlich diese Überprüfung manuell getriggert durchzuführen.
Weiterhin kann das Logikprogramm einen weiteren Zähler aufweisen, der die Anzahl der Nachfüllzyklen des Luftspeichers pro Anzahl der Pumpzyklen der Wasserpumpe und/oder pro Zeit registriert und nach Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl eine Alarmmeldung ausgibt. Hierdurch kann ein Leck in der Membran oder einem Ventil im Luftspeicher erkannt werden.
Vorteilhaft kann es weiterhin sein, wenn das Druckwasserwerk zusätzlich einen Durchflusssensor aufweist, der vorzugsweise das vom Wasserwerk entnommene Wasser misst. Hierdurch besteht dann die Möglichkeit, dass im Programmspeicher ein Logikprogramm hinterlegt wird, welches derart ausgestaltet ist, dass es bei eingeschalteter Wasserpumpe, zu geringem Durchfluss und sich nicht veränderndem Luftdruck die Wasserpumpe ausschaltet.
Schließlich kann erfindungsgemäß das Druckwasserwerk auch noch mit zwei oder mehreren ggf. einstellbaren, unterschiedlich hohen Ausschalt- und/oder Einschaltdrücken ausgestattet werden, die alternativ für die Steuerung der Wasserpumpe ausgewählt werden können. Hierdurch kann das Druckwasserwerk durch Verwendung des niedrigeren oder höheren Ausschalt- und/oder Einschaltdruckes in einen ECO- oder POWER-Mode versetzt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Figur näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind.
1: Druckwasserwerk mit Wasserpumpe, Ausgleichsbehälter und Drucksensor im Luftspeicher.
Die 1 zeigt ein Druckwasserwerk mit einer Wasserpumpe 1, bestehend aus einem Antriebsmotor 2, der die eigentliche Pumpmechanik 3 antreibt und Wasser von einem saugseitigen Eingang E zu einem druckseitigen Ausgang A fördert. Die Druckseite der Wasserpumpe 1 ist über eine Verbindungsleitung 6 mit dem Wasserspeicher 5.4 des Ausgleichsbehälters 5 verbunden. Der Ausgleichsbehälter 5 hat eine äußere Wandung 5.1 und eine innen liegende Membran 5.3, die den Luftspeicher 5.2 vom Wasserspeicher 5.4 trennt. Weiterhin befindet sich bei dem erfindungsgemäß ausgeführten Wasserwerk im Bereich des Luftspeichers 5.2 eine Luftdrucksensor 7, welcher den im Luftspeicher herrschenden Luftdruck misst und an eine Regelung 8 überträgt. Weiterhin kann optional an der Saugseite oder besser an der Druckseite ein Durchflusssensor angebracht sein, der die Information bezüglich des vorliegenden Durchflusses an die Regelung 8 überträgt. Die Informationen über gemessenen Druck, ggf. gemessenen Durchfluss und sonstige Betriebsparameter und -zustände, wie beispielsweise auch Alarmzustände, können über ein Display 4 an der Regelung 8 angezeigt werden. Außerdem kann hier auch ein akustischer und/oder optischer Signalgeber angebracht werden.
Zum Start des Betriebes befindet sich im Ausgleichsbehälter 5 im Luftspeicher 5.2 eine vorgegebene Luftmenge V₁ mit einem vorgegebenen Anfangsdruck P₁. Wird das Wasserwerk an ein Leitungssystem, zum Beispiel eines Wochenendhauses, eines Wohnwagens oder eines Schiffes, angeschlossen, so entnimmt die Wasserpumpe 1 so lange Wasser über ihren saugseitigen Eingang E, bis sich das Leitungssystem auf der druckseitigen Ausgangsseite A gefüllt hat und einen vorgegebenen Ausschaltdruck erreicht hat. Sobald im Leitungssystem ein Druck erreicht wird, der dem anfänglichen Luftdruck im Luftspeicher 5.2 entspricht, füllt sich auch der Wasserspeicher 5.4 mit Wasser und dehnt sich aus. Gleichzeitig verringert sich das Volumen des Luftspeichers 5.2 gegenläufig. Entsprechend der Volumenänderung im Luftspeicher 5.2 erhöht sich der Luftdruck proportional, bis der Ausschaltdruck P₂ der Wasserpumpe erreicht ist und ein Volumen V₂ im Luftspeicher erreicht ist. Der Wasserdruck im Leitungssystem auf der Druckseite der Wasserpumpe beziehungsweise im Wasserspeicher und der Luftdruck im Luftspeicher sind dabei annähernd gleich. Unter Vernachlässigung der elastischen Krafteinwirkung der Wandung der Membran 5.3 und von Temperatureffekten gilt dabei das Gesetz von Boyle-Mariotte mit: P₁·V₁ = konst. = P₂·V₂.
Der Anfangsdruck des Luftvolumens sollte so gewählt werden, dass entsprechend dem vorgegebenen Ausschaltdruck und dem Einschaltdruck der Wasserpumpe eine maximale Volumenänderung ΔV im Wasserspeicher 5.4 beziehungsweise im Luftspeicher 5.2 entsteht. Diese Volumenänderung entspricht dann der Menge Wasser, die der Ausgleichsbehälter maximal ins Leitungssystem fördert, ohne dass die Wasserpumpe geschaltet wird.
Mit dem erfindungsgemäß ausgestatteten Wasserwerk kann nun aufgrund der im Luftvolumen angebrachten Druckmessung erkannt werden, ob die Luftmenge im Luftspeicher 5.2 sich im Toleranzbereich eines ordentlichen Betriebes des Wasserwerkes befindet. Hierzu wird der folgende Messzyklus gestartet:
Die Pumpe schaltet nach einer definierten Anzahl von Schaltzyklen nicht beim Einschaltdruck ein, sondern wartet eine definierte Zeit, z. B. 25 sec, ab, ob der Druck im System auf einen vorgegebenen Druck, z. B. 1,5 bar, abfällt. Wird innerhalb dieser definierten Zeit der vorgegebene Druck nicht unterschritten, ist die Luftfüllung im Tank ausreichend. Fällt innerhalb dieser vorgegebenen Zeit der vorgegebne Druck jedoch unter eine bestimmte Schwelle, z. B. unter 1,5 bar, so startet ein zweiter Timer, z. B. für 25 Sekunden, der abwartet, ob der Druck unter eine weitere Druckschwelle, z. B. 1,3 bar, fällt. Ist dies der Fall, wird ein Alarmsignal ausgelöst, optional kann auch ein automatisches Nachpumpen des Luftdruckes initialisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Wasserpumpe
2: Antriebsmotor
3: Pumpmechanik
4: Display
5: Ausgleichsbehälter
5.1: Wandung des Ausgleichsbehälters
5.2: Luftspeicher
5.3: Gummiblase
5.4: Wasserspeicher
6: Verbindungsleitung
7: Luftdrucksensor
8: Regelung
A: druckseitiger Ausgang
E: sauseitiger Eingang

Claims

Druckwasserwerk zur Einspeisung von Frischwasser in ein Druckwassersystem, aufweisend: 1.1. eine über mindestens einen Drucksensor druckgesteuerte Wasserpumpe (1), welche Wasser von einem saugseitigen Anschluss (E) ansaugt und in das Druckwassersystem einspeist, 1.2. einen Ausgleichsbehälter (5) mit einer im Behälter angeordneten flexiblen Membran, bei dem auf einer Seite der Membran ein Wasserspeicher (5.4) und auf der anderen Seite der Membran ein Luftspeicher (5.2) angeordnet ist, wobei der Wasserspeicher (5.4) mit dem Drucksystem verbunden ist, 1.3. einen druckseitigen Anschluss (A), der mit dem Druckwassersystem verbunden ist, und 1.4. eine Regelung (8), welche im Normalbetrieb bei Unterschreiten eines vorgegebenen Einschaltdruckes die Wasserpumpe (1) einschaltet und bei Überschreiten eines höheren vorgegebenen Ausschaltdruckes die Wasserpumpe (1) ausschaltet, 1.5. wobei der mindestens eine Drucksensor ein Luftdrucksensor (7) ist, der zur Regelung der Wasserpumpe (1) mit dem Luftspeicher (5.2) derart verbunden ist, dass er den Druck im Luftspeicher (5.2) misst, dadurch gekennzeichnet, dass 1.6. die Regelung (8) der Wasserpumpe (1) einen Prozessor mit einem Programmspeicher aufweist, wobei die Prozessoreinheit im Betrieb des Druckwasserwerkes mindestens ein im Programmspeicher hinterlegtes Logikprogramm ausführt, welches eine Überprüfung des Füllgrades des Luftspeichers (5.2) durchführt, indem es einen wiederkehrenden Messzyklus ausführt, bei dem der Luftdruck im Luftspeicher (5.2) bei entleertem Wasserspeicher (1) gemessen wird und aus dem dann gemessenen Luftdruck auf die Funktionsfähigkeit des Ausgleichsbehälters (5) geschlossen wird.
Druckwasserwerk gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Logikprogramm zur Überprüfung des Füllgrades des Luftspeichers (5.2) derart ausgestaltet ist, dass es die folgenden Funktionsschritte ausführen kann: – ignorieren des Unterschreitens des Einschaltdruckes, – abwarten einer vordefinierten ersten Zeitspanne und überprüfen ob der Luftdruck im Luftspeicher (5.2) während dieser ersten Zeitspanne einen vorgegebenen ersten Mindestdruck unterschreitet, – bei unterschreiten des vorgegebenen ersten Mindestdruckes wird eine zweite Zeitspanne gestartet, in der überprüft wird, ob der Luftdruck auf einen zweiten Mindestdruck abfällt, – falls innerhalb der zweiten Zeitspanne der zweite Mindestdruck erreicht wird, wird eine Alarmmeldung ausgelöst.
Druckwasserwerk gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Logikprogramm derart ausgestaltet ist, dass es die Alarmmeldung an der Pumpe anzeigt.
Druckwasserwerk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Alarmmeldung ein akustisches Alarmsignal auslöst.
Druckwasserwerk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftdruckzufuhr zum Luftspeicher (5.2) vorgesehen ist und die Alarmmeldung ein Zufuhr von Luft in den Luftspeicher (5.2) initialisiert.
Druckwasserwerk gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Luftdruckzufuhr eine steuerbare Luftpumpe vorgesehen ist, die mit dem Luftspeicher (5.2) verbunden ist.
Druckwasserwerk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Logikprogramm einen Zähler aufweist, der die Anzahl der Pumpzyklen der Wasserpumpe (1) registriert und nach einer vorgegebenen Anzahl die Überprüfung des Füllgrades des Luftspeichers (5.2) initialisiert.
Druckwasserwerk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Logikprogramm einen weiteren Zähler aufweist, der die Anzahl der Nachfüllzyklen des Luftspeichers (5.2) pro Anzahl der Pumpzyklen der Wasserpumpe (1) und/oder pro Zeit registriert und nach Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl eine Alarmmeldung ausgibt.
Druckwasserwerk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflusssensor vorgesehen ist.
Druckwasserwerk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Programmspeicher ein Logikprogramm hinterlegt ist, welches derart ausgestaltet ist, dass es bei eingeschalteter Wasserpumpe (1) und sich über eine vorgegebene Zeit nicht veränderndem Luftdruck die Wasserpumpe (1) ausschaltet.
Druckwasserwerk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Programmspeicher ein Logikprogramm hinterlegt ist, welches derart ausgestaltet ist, dass es bei eingeschalteter Wasserpumpe (1), zu geringem Durchfluss und sich nicht veränderndem Luftdruck die Wasserpumpe (1) ausschaltet.
Druckwasserwerk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei unterschiedlich hohe Ausschaltdrücke vorgesehen sind, die alternativ für die Steuerung der Wasserpumpe (1) ausgewählt werden können.
Druckwasserwerk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich im Luftspeicher (5.2) zur Luftdruckmessung der mindestens eine Drucksensor (7) angeordnet ist.