DE2122972A1 - Umwälzpumpe mit elektrisch und/oder elektronisch veränderlicher und regelbarer Leistung, insbesondere für Zentralheizungsanlagen mit Zwangsumlauf - Google Patents

Description

• Umwälzpumpe mit elektrisch und/oder elektronisch veränderlicher und regelbarer Leistung, insbesondere für Zentralheizungsanlagen mit Zwangsumlauf Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wasser-Umwälzpumpe zu schaffen, welche mit besonderen elektrischen und/oder elektronischen Einrichtungen ausgestattet ist, um hydraulische Leistungen mit veränderbarer Elörderhöhe und Fördermenge zu erhalten. Diese Umwälzpumpe für Wasser wird namentlich in Heizungsanlagen mit Zwangsdurchlauf eingebaut.
• Es ist bekannt, daß bei großen Zentralheizungsanlagen die Umwälzung des Wassers mit Pumpensätzen erfolgt, welche aus Pumpen mit zugeordnetem Elektromotor bestehen. Hierdurch werden die in den verschiedenen Teilen der l-leizungseinrichtung auftretenden Reibungskräfte überwunden; gleichzeitig wird dadurch eine ziemli-ch schnelle Aufheizung der mit dieser Heizung ausgestatteten Räume erreicht. Dabei sorgen die einzelnen Teile der Heizungsanlage dafür, daß die zur Beheizung der Räume vorgesehenen Heizkörper mit einer ganz bestimmten Wassermenge versorgt werden, welche von der Leistung und der Last der Pumpenaggregate abhängt, die in der Heizungsanlage angeordnet sind.
• Die Folge davon ist, daß keinerlei Möglichkeit zur Regelung dieser Leistung besteht, so daß der Wohnungsmieter oder Hausmieter gezwungen ist, sich auch mit einem Raumklima abzufinden, welches seinen Wünschen nicht entspricht, die Temperatur in dem betreffenden Raum also zu hoch oder aber zu niedrig ist.
• Die erfindungsgemäße Pumpe ist mit einem besonderen elektrischen und/oder elektronischen System ausgestattet, welches eine Veränderung der Drehzahl des Antriebmotors der entsprechenden Pumpe erlaubt. Auf diese Weise kann die stündliche Menge des durch die Heizungsanlage strömenden Wassers nach Belieben geändert werden, ohne daß dabei auf die Pumpenaggregate direkt eingewirkt wird. Dabei kann das die Regelung vornehmende Element in einem jeden beliebigen Punkt, auch in einem entfernt liegenden Punkt, angeordnet sein.
• Die erfindungsgemäße Pumpe, welche auch zur Versorgung eines einzigen Raumes mit Warmwasser herangezogen werden kann, erlaubt, daß der Mieter der Wohnung bzw. des Hauses nach seinem Belieben die stündliche Warmwassermenge verändern kann, mit welcher die in seinen Räumen befindlichen Heizkörper beaufschlagt werden.
• Diese Regelung kann selbsttätig erfolgen, was im folgenden noch näher erläutert werden wird.
• Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung noch etwas ausführlicher erläutert. In dieser zeigen in rein schematischer Weise: Figuren 1 bis 7 ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Pumpe, wobei diese Schaltung zur Veränderung der Drehzahl des Antriebsmotors mit Hilfe eines Transformators dient.
• Figuren 7 bis 9 eine schematische Darstellung des Regelelementes mit einem stufenweise veränderlichen Widerstand Figuren 10 bis 12 ein etwas abgewandeltes Schaltsystem zur Veränderung der Geschwindigkeit, wobei dieses Schaltschema die Verwendung von kontrollierten und unkontrollierten Silizium-Dioden zeigt.
• Die Drehgeschwindigkeit eines einphasigen Induktionsmotors mit eingesetztem Dauerkondensator hängt von dem Verlauf des Drehmomentes und der Geschwindigkeit, also von der Drehmomenten-Geschwindigkeitscharakteristik des Motors selbst, von der Drehmornenten-Geschwindigkeitscharateristik der Pumpenlast, von der Spannung des die Antriebsmotoren versorgenden Stromes und auch von der Intensität des in den aktiven Teilen des Motors erzeugten Diagnetfeldes.ab.
• Wenn der Motor so bemessen und konstruiert ist, daß er eine passende Drehmomenten-Geschwindigkeitscharakteristik besitzt, die veränderbar ist mit der Drehmomenten-Geschwindigkcitscharakteristik der Last (konstruktives Merkmal), kann man einen stabilen getrieb der zinrichtung innerhalb-weiter Geschwindigkeitsgrenzen erhalten, in dem man einen wirkungsvollen Wert der Intensität des Magnetfeldes erreicht, welches den Rotor des Käfigläufers in Drehbewegung versetzt. Man kann aber auch einen wirksamen Wert für die Wechselspannung des den Motor versorgenden Stromes erhalten.
• Bin Schaltschema zur Regelung der Geschwindigkeit, welchelch der Veränderung des den Rotor in Drehbewegung. versetzenden Nagnetfeldes bedient, ist in den Figuren 1 bis 3 näher veranschaulicht. Indem der Hebel a nach Belieben eingestellt wird, kann derjenige Teil der Wicklung verändert werden, welcher das Magnetfeld erzeugt. Demzufolge kann aber auch die entsprechende Intensität des Magnetfeldes selbst verändert werden. Wenn sich der Hebel a in einer dem Kontakt b entsprechenden Stellung befindet, wird der elektrische Motor mit dem Größtwert des Magnetfeldes erregt, so daß der Motor M in Betrieb gesetzt wird, wobei die Drehzahl so groß ist, daß sie mit dem Widerstands-Drehmoment vereinbar ist.
• Wenn der Hebel a in entgegengesetzter Richtung verschwenkt wird, z.B. in der Weise, daß er mit dem Schaltkontakt c in Berührung gelangt, so wird das Magnetfeld in seiner Intensität -zwangsläufig herabgesetzt, was zur Folge hat, daß auch die Drehzahl des Rotors abnimmt.
• Es kann nun vorkommen, daß die idealen, von dem Mieter der Wohnung gewünschten Temperaturbedingungen in den einzelnen Räumen beispielsweise einer Zwischenstellung des hebels a entsprechen, wie dies die Figuren 1 bis 2 der Zeichnung zeigen. In diesem Falle wurde man feststellen, daß bei einem kleineren Wert des Magnetfeldes im Stator ein zu kleines Ausgangs-Drehmoment entsteht, so daß beim Anfahren eine gewisse Unsicherheit zu verzeichnen wäreo Dieser Unzuträglichkeit kann man in drei verschiedenen Weisen begegnen.
• Wie aus Figur 1 der Zeichnung ersichtlich, kann man ein voltmetrisches Relais benutzen; man kann aber auch nach Figur 2 der Zeichnung ein amperemetrisches Relais verwenden. Schließlich kann man sich auch eines thermo-amperemetrischen Relais bedienen, wie dies die Figur 3 der Zeichnung andeutet.
• Das voltmetrische Relais RV besteht im wesentlichen aus einer Erregerspule d und einem elektrischen Schaltkontakt e , der in die Schließstellung bzw. Ruhestellung überführbar ist. bei den Bedingungen nach Figur 1 ist beim Anfahren der Kontakt e geschlossen, so daß die für die Versorgung erforderliche Wechselspannung, welche auch an dem Kontakt e selbst liegt, in voller Stärke an der Wicklung des Stators liegt, und der Motor wird in Betrieb gesetzt, wobei das den Motor in Gang setzende Magnetfeld ein Maximum besitzt. Gleichzeitig lädt sich der in die Schaltung eingefügte Dauerkondensator f (Figur 1) auf, und wenn die Spannung an seinen Anschlüssen einen bestimmten Wert erreicht hat, greift die Erregerspule d ein und öffnet den Kontakt e.
• In diesem Falle, insbesondere beim Anfahren des Motores, wird das selbsttätige Öffnen des Kontaktes e bewirkt, so daß die Spannung des Versorgungsstromes an den Motor M angelegt wird, wobei der Strom die vorbestimmte Stellung des Hebels e durchströmt. Auf diese Weise reduziert sich der Wert des Magnetfeldes und damit auch die Geschwindigkeit, also die Drehzahl der Pumpenaggregate, und zwar nach Maßgabe des entsprechenden Wärmebedarfes in den einzelnen Räumen.
• Eine nahezu ähnliche Wirkungsweise ergibt sich bei Verwendung von arnperemetrischen Relais nach den Figuren 2 und 3, wobei zu bemerken ist, daß diese eil-e der Schaltung auf den Strom empfindlich ansprechen und daß sie selbsttätig eingreifen, wie dies auch bei den voltmetrischen Relais der.
• Fall ist. Nach dem Anfahren des Motors hat das Nenndrehmoment einen Maximalwert.
• Eine Geschwindigkeitsregelung, welche die Veränderung des Effektivwertes der Spannung des Versorgungsstromes ausnutzt, ist in den Figuren 4 bis 5 der Zeichnung näher erläutert. Als Regelelement wird dabei ein Transformator verwendet, während bei der Anordnung nach den Figuren 7 bis 9 die Veränderung der Drehzahl des Motors M durch Verwendung eines stufenweise veränderbaren Widerstandes erreicht wird.
• Es ist -bekannt, daß ein Transformator mit mehreren Anschlüssen die Effektivspannung eines Stromes verändern kann; demzufolge kann auf diese Weise auch die Verbindung eines derartigen Transformators mit der Statorwicklung eines Induktionsmotors die gewünschte Veränderlichkeit der Geschwindigkeit der Pumpenaggregate hervorrufen.
• Auch in diesen Fällen der Geschwindigkeitsveränderungs welche durch die Veränderung des Effektivwertes der Spannung erreicht wird, wird der Uesicherheit beim Anfahren entgegengewirkt, und zwar durch die Verwendung voltmetrischer und amperemetrischer Relais, welche auch vorstehend bereits erwähnt wurden. Diese Relais stellen sicher, daß das Anfahren des Motors M bei maximaler Spannung geschieht und daß - sobald der Anfahrvorgang eingeleitet wurde - die Spannung auf den ausgewählten Wert zurückgeführt wird, welcher der gewünschten Drehzahl entspricht.
• Das System der Regelung durch Verwendung von stufenweise veränderbaren Widerständen, wie wie dies aus den figuren 7 bis 8 hervorgeht, macht sich das Prinzip des Spannungsabfalles in einem stromdurchsetzten Leiter zu #utze.
• Der Hebel a schaltet ab oder schaltet in den verschiedenen möglichen Stellungen Teile des fraglichen Widerstandes zu, so daß der Motor M mit einer veränderlichen Effektivspannung versorgt wird. Auch mit dieser Lösung wird der nachteil der Unsicherheit beim Anfahren vermieden, und zwar durch Verwendung der Relais RV, RA und Rt, von welchen bereits vorstehend gesprochen wurde.
• Um eine veränderbare Drehzahl der Pumpenaggregate zu verhalten, kann man sich eines weiteren Systems bedienen.
• Dieses System besteht aus bekannten, modernen Halbleitern, beispielsweise aus den kontrollierten Silizium-Dioden g, welche mit nicht kontrollierten Dioden h elektrisch verbunden sind figur 10).
• Diese elektronischen Elemente, welche in geeigneter Weise von dem eigenen Stromkreis in Tätigkeit gesetzt werden, rufen die Veränderlichkeit des Effektivwertes der Spannung zur Versorgung des Motors M hervor, wobei sie die Form der Wellenlinie der Spannung selbst verändern, anstatt die Amplitude selbst zu verändern, wie dies bei d;;l vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen der Fall ist.
• Die gewünschte Veränderung wird dadurch erreicht, daß auf die Widerstände 1 mit veränderbarem Wert kontinuierlich eingewirkt wird. Diese Widerstände 1 liegen außerhalb des Einschaltstromkreises, wodurch auf diese Weise die kontrollierte Diode nicht leitend oder aber leitend gemacht wird.
• Eine nahezu analoge betriebsweise erhält man bei der Schaltung nach Figur 11, welche eine Kopplung besitz-t, die von den kontrollierten Silizium-Dioden (iNiYRISu?OJ<E£) und auch von der Verwendung eines Triac nach Figur 12 abweicht.
• Die veränderbaren Widerstände l, welche den Auslöse stromkreis der Thyristoren und des Triac steuern, können mit einem Schaltkontakt ausgestattet und von Hand einstellbar sein der Art, daß die Drehzahl des Motors M und damit die Fördermenge der Pumpe in kontinuierlicher Weise veränderbar sind, und zwar innerhalb des von der Konstruktion her zugelassenen Bereiches.
• Wenn man - wie in den Figuren 10 bis 12 dargestellt -als veränderbare Widerstände 1 Halbleiterelemente verwendet, welche unter der Bezeichnung twThermistorentt bekannt sind und die mit einem positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten arbeiten, oder aber wenn man zwei Typen dieser Elemente miteinander kombiniert, und wenn man von diesen Elementen auf die Raumtemperatur oder die Temperatur desungewälzten Wassers der Heizungsanlage ansprechende Elemente auswählt, so erhält man eine vollkommen automatische Regelung, welche ohne weiteres in der Lage ist, die Veränderungen des täglichen Wärme-bedarfes in den einzelnen Räumen - für welche die Heizungsanlage aufgelegt ist - auszugleichen.
• Ein wichtiges und wertvolles Merkmal dieser zur Veränderung der Drehzahl der Pumpenaggregate geeigneten und bestimmten Regelelemente ist die Möglichkeit der Fernsteuerung, die an einer von der Lage der Pumpe weit entfernten Stelle arbeiten kann.
• Aus diesen Ausführungen geht hervor, daß durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung die Möglichkeit besteht, auch bei einer weit ausgedehnten Zentralheizungsanlage einen optimalen Wärmeverbrauch zu erreichen, d.h. lediglich einige wenige Pumpenaggregate mit Regelelementen beispielsweise für eine jede Wohnung eines Gebäudes einzusetzen.
• Unter diesen Bedingungen ist es möglich, den WErmeverbrauch zu messen bzw. zu zählen, wobei für ein Jedes Zimmer ein kleiner Wärmezähler verwendet wird.
• Das erfindungsgemäße Schaltsystem kann in verschiedenster Weise abgewandelt werden, ohne daß hierdurch der Rahmen der Grundkonzeption gesprengt wird. Die Prinzipschaltungen, die vorstehend beschrieben und in der Zeichnung als Beispiel dargestellt sind, begrenzen den Grundgedanken der Erfindung keineswegs. So ist es beispielsweise möglich, jede beliebige Type eines Induktionsmotors zu verwenden, und zwar mit oder ohne Luftspalt.
• - Patentansprüche -

Claims (7)

1. Patentansprüche ==~========~=== Qi Umwälzpumpe mit elektrisch und/oder elektronisch veränderlicher und regelbarer Leistung, insbesondere für Zentralheizungsanlagen mit Zwangsumlauf, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , däß die Pumpe ein besonderes elektrisches und/oder elektronisches System besitzt, mittels welchem man nach Belieben die Drehzahl des auf die Pumpe aufgekeilten Elektromotors und damit die hydraulischen Werte der Fördermenge und der Förderhöhe der Pumpe selbst verändern kann der Art, daß die gewunschten Temperaturverhältnisse in den beheizten Räumen nach Maßgabe der veränderlichen Kennwerte der Pumpe erhalten werden, wobei man sich dabei verschiedener Schaltprinzipien bedienen kann, und zwar der Veränderung der Effektivspannung des die Pumpe versorgenden Stromes beispielsweise durch Anordnung von Transformatoren oder stufenweise veränderbaren Widerständen, der Veränderung des EffeLtiswertes des Magnetfeldes des Stators beispielsweise durch Erreichung einer unterschiedlichen Anzahl der Wicklungen der Induktorspule, der Veränderung der Effektivspannung des Versorgungsstromes beispielsweise durch Verwendung von modernen fialbleiterelementen, z.B. kontrollierten und nicht kontrollierten Silizium-Dioden.
2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h/g e k e n n z e i c hn e t , daß die Unsicherheit beim Anfahren des Motors als Folge'eines zu schwachen Magnetfeldes oder einer zu schwachen Spannung mit Hilfe von Relais, z.B. Strom- oder Spannungsrelais behoben wird, welche beim Anfahren dafür sorgen, daß der Motor mit einem Strom maximaler ss~ennspannung gespeist oder mit einem maximalen Magnetfeld versehen wird, und die dafür sorgen, daß unmittelbar nach dem Anfahren die vorgewählten Werte der gewünschten Drehzahl des Motors wieder erreicht werden.
3. 3. Pumpe nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Regelelemente für den Auslösekreis der kontrollierten Silizium-Dioden veränderliche Widerstände mit Schleifkontakt oder aber Halbleiterelemente mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten verwendet werden der Art, daß eine vollkommen automatische Regelung erzielt wird, wobei die vorgenannten Halbleiterelemente entweder auf die Veränderung der Temperatur in den beheizten Räumen oder aber auf die Temperatur des in die Heizkörper eintretenden Warmwassers ansprechen.
4. 4. Pumpe nach Anspruch 1 bis 3, d a'd u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die zur Veränderung der Drehzahl der Pumpenaggregate geeigneten und -bestimmten Regelelemente auch an einem Ort angeordnet sein können, welcher von der Lage der installierten Umwälzpumpe entfernt liegt.
5. 5. Pumpe nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Pumpe auch in den einzelnen Zweig-oder Stichleitungen angeordnet sein kann, welche zur Beaufschlagung der Heizkörper in den Wohnungen ein und desselben Gebäudes dienen der Art, daß die einzelnen Wohnungsmieter die Fördermenge der Pumpe nach Belieben verändern können, um das gewünschte Raumklima zu erhalten.
6. 6. Pumpe nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i chj n e t , daß ein kleiner Wärmezähler zur Messung des Warmwassers vorgesehen werden kann, mit welchem die von den einzelnen Mietern verwendete Warmwassermenge periodisch bestimmt werden kann.
7. 7. Pumpe nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n -durch z e i c h n e t , daß Möglichkeit der beliebigen Veränderung der Fördermenge des Warmwassers auch bei großen Heizungsanlagen ein optimaler Wärmeverbrauch erreicht wird, der dem gewünschten Raumklima entspricht.