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Bezeichnung: Vorrichtung zur Druckerhöhung in Wasserleitungen Gegenstand
der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Druckerhöhung in Wasserleitungen, insbesondere
zur Wasserversorgung in Wohnhäusern mit mindestens einer von einem Asynchronmotor
angetriebenen Kreiselpumpe, deren Förderdruck über die Antriebsdrehzahl geregelt
wird und einer Regeleinrichtung, die die Drehzahl des Asynchronmotors so regelt,
daß in der Wasserleitung ein vorgegebener Wasserdruck in jeder Betriebsphase in
engen Grenzen konstant gehalten wird.
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Derartige Vorrichtungen werden zum Beispiel in Hochhäusern verwendet,
in denen sie dazu dienen, den meist zu kleinen Wasserdruck des Ortsnetzes soweit
zu vergrößern, daß das Wasser auch die oberen Stockwerke erreicht. Früher wurden
hierzu Vorrichtungen verwendet, bei denen die Pumpen
mit konstanter
Drehzahl einen Wasserstrom in einen Druckkessel fördern, der ein Luftpolster enthält,
und an den das Wasserleitungsnetz angeschlossen ist. Die Pumpe fördert bis zu einem
bestimmten Höchstdruck in den Kessel, danach unterbricht ein Druckschalter den Strom
für den Antriebsmotor der Pumpe, wodurch diese die Wasserförderung einstellt. Danach
übernimmt das Luftpolster den Transport des im Druckkessel enthaltenen Wassers solange,
bis ein Mindestdruck erreicht ist, bei dem der Druckschalter die Pumpe wieder in
Gang setzt. Dieser intermittierende Betrieb hat den Nachteil, daß der Druck im Leitungsnetz
innerhalb großer Grenzen schwankt, die Druckdifferenz kann mehrere atü betragen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Platzbedarf einer solchen Vorrichtung
sehr erheblich ist, die Vorrichtung kann meist nur im demontierten Zustand transportiert
werden und muß auf der Baustelle' montiert werden. Neben der umständlichen Montage
kommt es hierbei häufig noch zu Montagefehlern, weil die Installateure oft die fachlichen
Voraussetzungen nicht mitbringen. Die bisher bekannten anmeldungsgemäßen Vorrichtungen
vermeiden einige dieser Nachteile, weil kein Druckkessel mehr benötigt wird und
somit die ganze Vorrichtung fertig montiert vom Hersteller bezogen werden kann.
Es müssen lediglich noch die Rohrleitungen an Ort und Stelle angeschlossen werden.Die
Vorrichtungen sind so ausgeführt, daß ein elektronisches Stromversorgungsgerät die
dem Motor zugeführte elektrische Energie innerhalb bestimmter Grenzen stufenlos
ändert, so daß eine stufenlose Änderung der Pumpendrehzahl erfolgt. Hierbei wird
mit Hilfe eines Druckgebers der Istwert des Pumpenausgangsdruckes mit einem am Regler
eingestellten Sollwert verglichen. Bei Nichtübereinstimmung der beiden Werte beeinflußt
der Regler über Transistoren die Leistungsstufe einer Phasenanschnittssteuerung,
wodurch die dem Motor zugeführte effektive Spannung und damit seine Drehzahl sowie
die Förderhöhe der Pumpe solange verändert
werden, bis der Istwert
wieder mit dem Sollwert übereinstimmt. Die Vorrichtung arbeitet stetig und erzeugt
einen relativ gleichbleibenden Druck, hat jedoch folgende Nachteile: Bei der Phasenanschnittssteuerung
wird aus der ursprünglichen sinusförmigen Spannungslinie einer jeden Phase des Drehstromes
ein mehr oder weniger großes Stück herausgeschnitten. Dadurch erzeugt der Stator
des Drehstrommotors kein rundes Drehfeld mehr, was zu einer Wirkungsgradverschlechterung
und dadurch größeren Erwärmung des Motors führt. Weiterhin sind transistorische
Bauteile heute noch sehr empfindlich gegen Überlastung, so daß die Leistungsstufe
einer Phasenanschnittssteuerung weit überdimensioniert werden muß, um eine ausreichende
Betriebssicherheit zu erreichen. Es ist auch mit vertretbarem Aufwand nicht zu erreichen,
daß der Steuer- und Regelteil die Leistungstriacs aller drei Phasen so gleichmäßig
steuert, daß jede Phase den gleichen Spannungsverlauf hat. Dadurch nehmen auch die
drei Phasen des Drehstrommotors unterschiedliche Ströme auf, wodurch ebenfalls der
Wirkungsgrad vermindert wird und die Temperatur des Motors erhöht wird. Unter Umständen
kann auch in Folge des nicht gleichförmigen Drehfeldes eine erhebliche Geräuschbelästigung
durch den Motor auftreten.
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Schließlich müssen Leistungstransistoren der hier erforderlichen Größe
mit sehr großen Kühlkörpern und nicht selten mit besonderen Fremdlüftern versehen
werden, da sie sehr empfindlich gegenüber Temperaturen sind.
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Dies alles führt dazu, daß Phasenanschnittssteuerungen, wie sie die
elektronischen Stromversorgungsgeräte zur Zeit beinhalten, für diesen Verwendungszweck
heute noch sehr teuer sind und Lebensdauer sowie Betriebssicherheit noch nicht so
zweifelsfrei sind wie bei herkömmlichen elektrischen Bauelementen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Mängel
der bekannten Vorrichtungen zur Erhöhung des Druckes in Wasserleitungen zu vermeiden.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der Asynchronmotor seine
Energie aus einem stufenlos regelbaren Transformator bezieht, der dem Motor in jeder
Regelstellung einen Drehstrom liefert, dessen Spannungsverlauf in allen drei Phasen
sinusförmig ist und dessen Spannungsamplituden bei allen drei Phasen gleich groß
sind und der Transformator eine Stelleinrichtung aufweist, die von einem in der
Wasserleitung angebrachten Druckgeber derart geregelt wird, daß bei Absinken des
Wasserdruckes unter einen eingestellten Minimal sollwert die Sekundärspannung des
Transformators und dadurch die Drehzahl des Asynchronmotors solange vergrößert wird,
bis der Istwert über dem minimalen Sollwert steht und andererseits bei Übersteigen
eines Maximalsollwertes des Wasserdruckes die Sekundärspannung des Transformators
solange senkt, bis der Istwert unterhalb dem maximalen Sollwert liegt.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommen schon lange bekannte
elektrische Bauteile, deren hohe Lebensdauer und Robustheit erwiesen sind, zur Anwendung.
Gerade bei Trinkwasserversorgungsanlagen sind diese Punkte sehr wesentlich. Außerdem
ist es hierdurch möglich, die Anlagenkosten für das Stromversorgungsgerät trotz
der erwähnten Verbesserungen niedriger zu halten, als dies bei einer Phasenanschnittssteuerung
möglich ist. Schließlich ist es ein Vorteil, daß im Falle einer Störung des erfindungsgemäßen
Gerätes jeder Elektriker den Fehler schnell finden und beheben kann. Dies ist bei
den bekannten elektronischen Geräten meist unmöglich, da im Falle einer Störung
wohl immer ein Elektronikfachmann herangezogen werden muß.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung hat weiter den Vorteil,
daß
ein Transformator die Sinusförmigkeit der eingeleiteten Primärspannung auf die Sekundärseite
weitergibt. Hierdurch wird im angeschlossenen Drehstrommotor bei jeder Regelstellung
ein gleichmäßig rundes Drehfeld erzeugt.
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Außerdem können die Spannungen der drei Phasen auf einfache Weise
genau eingestellt werden und bleiben nach einer einmal erfolgten Einstellung in
jedem Regelbereich erhalten. Der Motor arbeitet somit auch im Teillastbereich mit
einem besseren Wirkungsgrad, als dies bei der elektronisch gesteuerten Phasenanschnittssteuerung
möglich ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Stelleinrichtung für
den Transformator zweckmäßig ein Getriebemotor mit umkehrbarer Drehrichtung, der
durch einen Kontaktmanometer mit einem einstellbaren Minimal-.und Maximalsollwert
gesteuert wird.
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Der vorzugsweise an der Druckseite der Pumpe angebrachte Kontaktmanometer
ist ein sogenannter Zweipunktregler.
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Erreicht der Istwert bei Absinken des Wasserdruckes den eingestellten
Minimalsollwert, so wird der Stellmotor in derjenigen Drehrichtung in Gang gesetzt,
die die Sekundärspannung des Regeltrafos vergrößert, wodurch die Drehzahl des Antriebsmotors
und somit der Pumpendruck solange steigt, bis der Istwert über dem minimalen Sollwert
steht. Hierauf wird der Minimumkontakt unterbrochen, so daß der Stellmotor stehen
bleibt. Steigt in Folge kleiner Wasserentnahmen im Leitungsnetz der Betriebsdruck,
so daß der Istwert den am Maximumkontakt des Manometers eingestellten höchsten Sollwert
erreicht, so wird der Stellmotor des Trafos in umgekehrter Richtung in Gang gesetzt,
wodurch die Sekundärspannung sinkt und damit die Drehzahl des Motors solange abnimmt,
bis der Istwert unterhalb des maximalen Sollwertes liegt, wodurch der Maximumkontakt
geöffnet und der Stellmotor stillgesetzt wird. Bei richtiger Wahl der Stellgeschwindigkeit
ist es möglich, den Istwert innerhalb weniger
zehntel atü zu halten.
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In der Zeichnung ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt.
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Ein Drehstromelektromotor 1 betreiht eine Kreiselpumpe 2, die einen
Anschluß für die Saugleitung 3 und die Druckleitung 4 besitzt. An der Druckleitung
4 ist ein Kontaktmanometer 5 angeschlossen, der einen einstellbaren Minimalwertkontakt
7 und einen einstellbaren Maximalwertkontakt 8 aufweist. Die Ausgänge des Kontaktmanometers
sind an eine Umschalteinrichtung 9 des Stellmotors 10 angeschlossen. Der Stellmotor
10 regelt über ein Getriebe 11 einen Regeltransfo-iator 12, der auf der Primärseite
13 an einem Drehstrormetz und auf der Sekundärseite 14 an den Drehstronnnotor 1
angeschlossen ist.
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PATENTANSPRÜCHE -