DE2456622A1

DE2456622A1 - Selbsttaetige pumpeinrichtung

Info

Publication number: DE2456622A1
Application number: DE19742456622
Authority: DE
Inventors: Tomohiko Taki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1974-11-29
Publication date: 1975-06-05
Also published as: US3973877A; DE2456622B2; JPS5828436B2; JPS5084902A; DE2456622C3

Description

Patentanwälte Dipl.-lng. R. B E E T 2 sen. Dipl.-lng. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. B E E TZ jr.

München 22, Steinsdorfstr. 1O Tel. (089) 2272O1 /227244/295910

Telegr. Allpatent München Telex 522O48

81-23.471P(23.

29. 11. 1974

HITACHI , LTD., Tokio (Japan)

Selbsttätige Pumpeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Pumpeinrichtung, die selbsttätig durch einen Druckschalter ein- und ausgeschaltet wird, der den Innendruck eines auf der Förderseite einer Pumpe angeordneten Drucktanks erfaßt, insbesondere eine selbsttätige Pumpeinrichtung, bei der ein häufiges Ein- und Ausschalten vermieden wird, auch wenn der Drucktank klein ist.

81-(A 559-02)-schö

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Üblicherweise hat eine selbsttätige Pumpeinrichtung eine Pumpe, einen auf deren Vorderseite angeordneten Druektank zum Speiehern hochgepumpten Wassers und einen Druckschalter zum selbsttätigen Ein- und Ausschalten der Pumpe durch Erfassen eines Anstiegs oder Abfalls des Innendrucks des Drucktanks aufgrund des Wasserverbrauchs. Die Pumpe wird selbsttätig ein- und ausgeschaltet, wenn ein am Abgabeende des !Fördersystems der Pumpe angeschlossener Absperrhahn geöffnet und geschlossen wird.

Bei Pumpen, die zum selbsttätigen Ein- und Ausschalten einen Drucktank zum Speichern von unter Druck stehendem Wasser benötigen, besteht die Gefahr, daß der Drucktank immer noch größer ausgebildet wird. Damit muß auch die Gesamtgröße der den Drucktank einschließenden Pumpeinrichtung zunehmen. Es wurde bereits versucht, die Größe des Drucktanks zu verringern, um so eine gedrängt ausgebildete selbsttätige Pumpeinrichtung.zu erhalten.

Wenn die durch den Absperrhahn abgegebene und verbrauchte Wassermenge kleiner als die Menge des von der Pumpe geförderten Wassers ist, strömt das der Differenz zwischen der zum Verbrauch abgegebenen Wassermenge und der von der Pumpe geförderten Wassermenge entsprechende überschüssige Wasser in den Drucktank und hebt dessen Innendruck in relativ kurzer Zeit an, wenn der Drucktank klein ist. Dies würde bewirken, daß der Druckschalter einen Anstieg des Innendrucks des Drucktanks erfaßt und die Pumpe ausschaltet. Wasser würde weiter durch den Absperrhahn fließen, selbst wenn die Pumpe aufhört zu arbeiten, so daß der Innendruck des Drucktanks schnell abfallen würde. Nach Abfallen des Drucks auf den Pegel,

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bei dem die Pumpe einzuschalten ist, würde der Innendruck des Drucktanks durch den Druckschalter erfaßt und·die Pumpe erneut eingeschaltet, werden. Wenn also die durch Öffnen des Absperrhahns verbrauchte Wassermenge gering ist, würde die Pumpe wiederholt ein- und ausgeschaltet werden, wodurch sich Änderungen der von der Pumpe geförderten Wassermenge ergeben würden. Übliche selbsttätige Pumpeinrichtungen haben den Nachteil, daß der Druckschalter beschädigt wird, da er bei klein ausgebildetem Drucktank häufig geöffnet und geschlossen wird. . ·

Dieser Nachteil üblicher selbsttätiger Pumpeinrichtungen mit kleinem Drucktank ist durch Vorsehen eines Stellglieds zu überwinden, das auf den Wasserdurchsatz im Fördersystem der Pumpe anspricht und den Einlaß des Druckschalters, der den Druck auf der Förderseite der Pumpe erfaßt, öffnet und schließt. .

Da jedoch der Einlaß des Druckschalters bei dieser Einrichtung durch Ausnutzen des Wasserdurchsatzes im Fördersystem der Pumpe geöffnet und geschlossen wird, ist die Arbeitskraft, mit der der Einlaß des Druckschalters geöffnet und geschlossen wird, nicht, erhöhbar. Dies bedingt, daß der Durchmesser des Druckschaltereinlasses auf nicht mehr als ca.-2mm verringert werden muß.

Dadurch ergibt sich der Nachteil, daß bei plötzlichem vollständigem Öffnen des mit dem Ende des Fördersystems der Pumpe verbundenen Absperrhahns zur Wasserabgabe dem aus dem Druckschalter durch den sehr kleinen Einlaß ausgestoßenen Wasser ein hoher Widerstand entgegengesetzt würde, wodurch der Wasserdruck im Druckschalter nicht schnell auf den Pegel des Innendrucks des Drucktanks gesteuert gebracht werden könnte.

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Selbst wenn also der Innendruck des Drucktanks (d. h. der Druck auf der Förderseite der Pumpe) auf den Pegel gebracht wird, bei dem die Pumpe einzuschalten ist, oder aufgrund des Öffnens des Absperrhahns unter diesen Pegel abfällt, kann der Druck im Druckschalter den genannten Pegel nicht schnell genug erreichen. Somit ergibt sich eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, in dem der Druck im Druckschalter den Pegel erreicht, bei dem die Pumpe einzuschalten ist, und dem Zeitpunkt, in dem der Innendruck des Drucktanks diesen Pegel erreicht.

Infolgedessen ergibt sich die Schwierigkeit eines verzögerten Einschaltens der Pumpe und einer Unterbrechung des durch den Absperrhahn abgegebenen Wasserstroms. Wenn zum Öffnen und Schließen des Druckschaltereinlasses für das Ein- und Ausschalten der Pumpe Mittel vorgesehen wären, wäre der Drucktankeinlaß jederzeit dem Druck im Fördersystem der Pumpe ausgesetzt. Dieser Druck wäre bei laufender Pumpe hoch, so daß es erforderlich wäre, den Drucktank durch stärkere Wandungen hochfest auszubilden.

Somit ergeben sich also Schwierigkeiten bei der Schaffung einer praktisch brauchbaren selbsttätigen Pumpeinrichtung mit kleinem Drucktank.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der vorstehend erläuterten Nachteile bereits entwickelter Einrichtungen sowie der Nachteile, die sich bei Anwendung eines kleinen Drucktanks ergeben würden, nämlich die Schaffung einer selbsttätigen Pumpeinrichtung, die unabhängig von Änderungen der verbrauchten Wassermenge kontinuierlich arbeitet, so daß die von der Pumpe pro Stundeneinheit geförderte Wassermenge konstantzuhalten ist, die ferner eine lange Lebensdauer hat und so steuerbar ist, daß die Pumpe zwangläufig ein- und auszuschalten ist.

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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung insbesondere den Einbau eines Stellventils vor, das den Drucktankeinlaß nach dem Schließen des Druckschalters zum Steuern des Ein- und Ausschaltens der Pumpe und nach dem Einschalten der Pumpe schließt und den Drucktankeiηlaß öffnet, bevor der Druckschalter geöffnet und die Pumpe ausgeschaltet wird. Durch dieses Stellventil kann die Pumpe kontinuierlich arbeiten, weil der auf den Drucktank und den Druckschalter ausgeübte Druck vom Druck im Fördersystem der Pumpe getrennt ist, während der Drucktankeinlaß vom Stellventil geschlossen gehalten wird. Der Drucktankeiniaß wird geöffnet, bevor der Druckschalter zum Steuern des Ein- und Ausschaltens der Pumpe geöffnet wird, so daß der Druck auf der Förderseite der Pumpe in den Drucktank eintritt und den Druckschalter öffnet, wodurch der Betrieb der Pumpe unterbrochen wird.

Durch Steuern des Öffnens und Schließens des Drucktankeinlasses in dieser Weise ist ein häufiges Ein- und Ausschalten der Pumpe selbst dann zu vermeiden, wenn die von der Pumpe geförderte Wassermenge größer als die durch den Absperrhahn zum Verbrauch abgegebene Wassermenge ist. Auch wird verhindert, daß der Hochdruck auf der Förderseite der laufenden Pumpe den Drucktank beaufschlagt, während der Drucktankeinlaß geschlossen gehalten wird und die Pumpe läuft. Dadurch wird vermieden, daß der Drucktank Ermüdungserscheinungen zeigt, die sich sonst durch Beaufschlagen mit Hochdruck ergeben würden.

Die Erfindung wird ausgestaltet durch die Ausbildung des Stellventils zum Öffnen und schließen des-Drucktankeinlasses. Das Stellventil hat einen Hauptkörper, der mit der Förderöffnung der Pumpe, dem Drucktank und dem Fördersystem der Pumpe in Verbindung steht und durch zwei Membranen mit unterschiedlichen wirksamen Druckaufnahmebereichen in eine

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Einlaßkammer, die mit der Förderöffnung der Pumpe verbunden ist, und eine Auslaßkammer, die mit dem Drucktank und dem Fördersystem der Pumpe verbunden ist, unterteilt ist. Die Membranen halten im Mittenabschnitt eine die Einlaß- und die Auslaßkammer verbindende Öffnung und einen Ventilkörper zum Schließen des Drucktankeinlasses und bilden zwischen sich eine Zwischenkammer. Da das Stellventil wie erläutert aufgebaut ist, öffnet und schließt der Ventilkörper den Drucktankeinlaß während der Verschiebung jeder Membran. Das Stellventil besteht aus Einzelteilen, die selbst bei langem Gebrauch ohne Versagen arbeiten, so daß der Drucktankeinlaß zwangläufig zu öffnen und zu schließen ist und das Ein- und Ausschalten der Pumpe ebenfalls zwangläufig steuerbar ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß beim Öffnen und Schließen des Drucktankeinlasses durch das im Fördersystem der Pumpe liegende Stellventil der Drucktankeinlaß unmittelbar nach dem Einschalten der Pumpe geschlossen und unmittelbar vor dem Einschalten der Pumpe geöffnet wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß beim Öffnen und Schließen des Drucktankeinlasses durch das im Fördersystem der Pumpe liegende Stellventil der Drucktankeinlaß geschlossen wird, wenn der Wasserdurchsatz, im Fördersystem höher als ein vorgegebener Mindestwert ist, und geöffnet wird, wenn er unter diesem Mindestwert liegt. Dadurch ist der auf den Drucktank und den Druckschalter ausgeübte Druck vom Druck im Fördersystem der Pumpe trennbar, solange Wasser durch das Fördersystem strömt, und zwar unabhängig davon, wie klein die Wassermenge ist, so daß die Pumpe kontinuierlich arbeiten kann. Wenn das durch das Fördersystem fließende Wasser durch den Absperrhahn abge-

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geben oder der Wasserdurchsatz unter den vorgegebenen Mindestwert gesenkt wird, wird der Drucktankeinlaß geöffnet, so daß der Druck auf der Förderseite der Pumpe in den Drucktank eingelassen wird, wodurch der Druckschalter zum Unterbrechen des Pumpenbetriebs betätigt wird. Durch Öffnen und Schließen des Drucktankeinlasses in dieser Weise ist die Häufigkeit des Ein- und Ausschaltens der Pumpe reduzierbar, so daß auch bei häufigem Öffnen und Schließen des Absperrhahns ein Ein- und Ausschalten der Pumpe vermieden wird.

Die hier betroffene selbsttätige Pumpeneinrichtung wird als Zusatzgerät für Haushaltswasserversorgungen verwendet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Pumpeinrichtung;

Fig. 2 Ansichten zur Verdeutlichung der Arbeitsweise und 3 des Stellventils nach Fig. 1;

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt durch das Stellventil nach Fig. 1; und

Fig. 5 eine Pumpkennlinie der selbsttätigen Pumpeinrichtung.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1-5 erläutert. Gemäß Fig. 1 wird eine Pumpe 2 von einem mit einer Stromversorgung V verbundenen Elektromotor 1 angetrieben.

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Die Pumpe 2 hat ein Gehäuse 3, in dem ein mit einer Welle (nicht gezeigt) des Elektromotors verbundenes Laufrad (nicht gezeigt) angeordnet ist. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Kreiselpumpe 2.

Eine Saugleitung 4 ist an einem Ende mit der Ansaugseite S der Pumpe 2 verbunden, während ihr anderes Ende in einen Wasserbehälter o. ä. eintaucht.

Ein Stellventil 5 ist auf der Förderseite D der Pumpe 2 angeordnet. D. h., das Stellventil 5 ist im Förderkreis 6 der Pumpe 2 angeordnet und hat einen zylindrischen Hauptkörper, in dem ein Haupteinlaß 7 und ein Hauptauslaß 8 ausgebildet sind. Vorzugsweise ist der Haupteinlaß 7 in der Mitte des Bodens des zylindrischen Hauptkörpers angeordnet und der Hauptauslaß 8 in einem Oberabschnitt einer Seitenwand 15 des Hauptkörpers ausgebildet. Ein einen Teil des Fördersystems 6 bildendes Förderrohr 9 ist an einem Ende mit dem Hauptauslaß 8 verbunden, und an. seinem anderen Ende ist ein Absperrhahn bzw. mehrere Absperrhähne (nicht gezeigt) gesichert, durch den von der Pumpe 2 gefördertes Wasser abgegeben wird. Der Haupteinlaß 7 ist mit einem Förderauslaß 10 der Pumpe 2 verbunden.

Zueinander im wesentlichen parallele Membranen HA und HB sind im Hauptkörper des Stellventils 5 angeordnet und unterteilen diesen in eine auf der Seite des Haupteinlasses 7 liegende Einlaßkammer 12 und eine auf der Seite des Hauptauslasses 8 liegende Auslaßkammer 13'. Die Membranen HA und HB sind in der Mitte miteinander verbunden und bilden eine Einheit. Sie können jedoch auch voneinander unabhängig ausgebildet sein. Zwischen der Membran HA, die der Einlaßkammer 12 zugewandt ist, und der Membran HB, die der Auslaßkammer 13 zugewandt ist, liegt eine Zwischenkammer 14,

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die durch eine kleine Öffnung 16 in der Seitenwand 15 des Hauptkörpers des Stellventils 5 mit der Atmosphäre verbunden ist.

Ein Abstandsstück 17 ist zwischen den Membranen 11A und HB gehalten und in der Mitte zwischen ihnen angeordnet. Gemäß Fig. 4 ist das Abstandsstück 17 so ausgebildet, daß entgegengesetzte Endabschnitte voneinander verschiedene Durchmesser haben, wie bei K angedeutet ist. Dies wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 noch näher erläutert. Das Abstandsstück 17 hat eine mit der Innenfläche der einen Membran HA in Berührung stehende Aufnahmefläche 18. Ein Endabschnitt des Abstandsstücks 17 mit der Aufnahmefläche 18 hat einen Außendurchmesser d-j_, der kleiner als der Außendurchmesser d₂ eines Endabschnitts des AbstandsStücks 17 mit einer Aufnahmefläche 19 ist, die mit der Innenfläche der anderen Membran HB in Berührung gehalten wird.

Bei dieser Ausführung ergibt sich der wirksame Drietckaufnahmebereich S der Membran allgemein durch die folgende Gleichung:

+ ^d >²

mit D = Membranaußendurchmesser und d = Membraninnendurchmesser,

Gemäß Gleichung (lj erg,ibt sich der wirksame Druck auf nahmebereich S₁ des DruckaufηahmeabSchnitts 20 der Membran HA wie folgt:

■^^: · D + d_n ■ ■ ■ ·

(--T-¹)² (2)

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mit cL = Außendurchmesser des Endabschnitts des Abstandsstücks 17 mit der Aufnahmefläche 18.

Andererseits ergibt sich der wirksame Druckaufnahmebereich S, eines Druckaufnahmeabschnitts 21 der der Auslaßkammer 13 zugewandten Membran HB aufgrund der Gleichung (2) wie folgt:

D + d₀ ρ
(-^)² (3)

mit dp = Außendurchmesser des" Endabschnitts des Abstandsstücks mit der Aufnahmefläche 19.

In diesem Fall ist der wirksame Druckaufnahmebereich S₁ der Membran HA auf ein niedrigeres Niveau als der wirksame Druckaufnahmebereich Sp der der Auslaßkammer 13 zugewandten Membran HB eingestellt.

Ein Wasserdurchlauf 22 ist in der Mitte der Membranen HA und HB ausgebildet und unterhalt die Verbindung zwischen der Einlaßkammer 12 und der Auslaßkammer 13, die den Membranen HA bzw. HB zugewandt sind. Eine von den Membranen HA und HB gehaltene Öffnung 23 ist im Wasserdurchlauf 22 vorgesehen. Diese Öffnung 23 ist unveränderbar, sie kann jedoch veränderbar sein.

Gemäß Fig. 1 hat ein kleiner Drucktank 24 mit geringem Volumen einen Einlaß 25, der der Auslaßkammer 13 des Stellventils 5 zugewandt ist und damit durch eine im Hauptkörper ausgebildete Öffnung verbunden ist, wodurch der Drucktank 24 mit der Auslaßkammer 13 in Verbindung gehalten wird. Vorzugsweise sind der Einlaß 25, die Öffnung 23 und der Haupteinlaß 7 miteinander ausgerichtet. Ein Ventilsitz 26 ist an einem Abschnitt der Innenwand der Auslaßkammer 13

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ausgebildet und dem Einlaß 25 des Drucktanks 24 zugewandt. Ein Ventilkörper 27 ist mit dem Abstandsstück 17 verbunden und aufgrund der Verschiebungen der Membranen HA und HB zum Öffnen und Schließen des Einlasses 25 des Drucktanks bewegbar. Am Vorderende des Ventilkörpers 27 ist ein Ventilkissen 28 gesichert. Wenn sich der Ventilkörper 27 aufgrund der Verschiebungen der Membranen HA und HB in Pfeilrichtung F (Fig. 2 und 3) bewegt, wird das Ventilkissen 28 zum Schließen des Einlasses 25 des Drucktanks 24 in Anlage an den Ventilsitz 26 gebracht.

Gemäß Fig. 1 ist ein üblicher Druckschalter 29 über eine Druckleitung 30 mit dem Drucktank 24 verbunden. Das Innere des Druckschalters ist zwar nicht gezeigt, er erfaßt jedoch den Innendruck des Drucktanks 24 zum Steuern des Ein- und Ausschaltens des Elektromotors 1 zum Antrieb der Pumpe Somit ist das Ein- und Ausschalten der Pumpe 2 durch den Druckschalter 29 steuerbar. ■

Der Druckschalter 29 wird zum Einschalten der Pumpe 2 geschlossen, wenn er erfaßt, daß der Innendruck des Drucktanks einen Pegel erreicht hat, bei dem die Pumpe einzuschalten ist. Wenn der Druckschalter 29 erfaßt, daß der Innendruck des Drucktanks 24 einen Pegel erreicht hat, bei dem die Pumpe auszuschalten ist, wird er geöffnet und unterbricht den Betrieb der Pumpe 2.

Es wird jetzt der Betrieb des Stellventils 5 erläutert. Wenn kein Strom von der Stromversorgung V zum Elektromotor 1 fließt, sind die Membranen 11A und HB im Gleichgewichtszustand und sind in keine Richtung ausgelenkt, in diesem Fall ist der Ventilkörper 27 vom Ventilsitz 26 gering beäbstandet, so daß der Einlaß 25 des Drucktanks 24 etwas geöffnet ist. Wenn dem Elektromotor 1 Strom zugeführt wird, während der mit dem Ende der Förderleitung 9, die mit

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dem Hauptauslaß 8 des Stellventils 5 verbunden ist, verbundene Absperrhahn geschlossen bleibt, wird das Stellventil 5 mit dem Innendruck der Pumpe 2 beaufschlagt, wodurch der Druck in der Einlaßkammer 12 und der Auslaßkammer 13 ansteigt und auf die Membranen HA und HB wirkt. Da der wirksame Druckaufnahmebereich S₁ der der Einlaßkammer 12 zugewandten Membran HA kleiner als der Druckaufnahmebereich S₂ der der Auslaßkammer 13 zugewandten Membran HB ist, ist die auf die der Auslaßkammer 13 zugewandten Membran HB ausgeübte Kraft größer als die auf die der Einlaßkammer 12 zugewandten Membran HA wirkende Kraft aufgrund des Unterschieds der Druckaufnahmebereiche, wenn das Stellventil 5 mit dem Innendruck der Pumpe 2 beaufschlagt wird. Infolgedessen verschieben sich die Membranen HA und HB aufgrund der Differenz der auf sie ausgeübten Kräfte zum Haupteinlaß 7 (Fig. 3).

In diesem Fall bewegt sich der Ventilkörper 26 aufgrund der Verschiebung der Membranen HA und HB zum Haupteinlaß 7, wodurch der Einlaß 25 des Drucktanks 24, der der Auslaßkammer 13 des Stellventils 5 zugewandt ist, vollständig geöffnet wird. Dadurch kann das Innere des Drucktanks 24 mit dem Förderdruck der Pumpe 2 beaufschlagt werden, so daß der Druckschalter 26 geöffnet und die Pumpe 2 abgeschlatet wird.

Wenn irgendeiner der mit dem Ende des Förderrohrs 9 verbundenen Absperrhähne zur Wasserabgabe geöffnet wird, wird das im Förderrohr 9 und im Drucktank 24 vorhandene Wasser abgegeben. Gleichzeitig findet ein Abfall des Innendrucks im Drucktank 24 statt. Wenn der Innendruck des Drucktanks 24 einen Pegel erreicht, bei dem die Pumpe 2 einzuschalten ist, erfaßt der Druckschalter 29 diesen Druck und wird geschlossen. Nach Schließen des Druckschalters 29 wird die Pumpe 2 sofort

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eingeschaltet, und das von ihr geförderte Wasser strömt durch den Haupteinlaß 7 in' das Stellventil 5· Das unter Druck stehende Wasser wird in die Einlaßkammer 12 gelassen, aus der es durch den Durchlauf 22 in die Auslaßkammer 13 strömt. Gleichzeitig strömt das unter Druck stehende Wasser zum Hauptauslaß 8 und durch diesen in das Förderrohr 9 zur Abgabe durch den Absperrhahn am Ende des Förderrohrs 9·

Wenn in das Stellventil 5 strömendes, unter Druck stehendes Wasser durch die Öffnung 23 im Wasserdurchlauf 22 des Stellventils 5 strömt, setzt die Öffnung dem strömenden Wasser Widerstand entgegen, so daß zwischen der Einlaßkammer 12 und der Auslaßkammer 13 ein Differenzdruck erzeugt wird.

Infolgedessen wird der Druck P, in der Einlaßkammer 12 höher als der Druck P₂ in der Auslaßkammer 13 (Fig. 2). Zusammen mit dem durch das in die Einlaßkammer 12 fließende Wasser auf die Membran HA ausgeübten Druck erzeugt der Differenzdruck eine änderung im Gleichgewicht der Kräfte, die auf die Membranen HA und HB ausgeübt werden, so daß die Membranen HA und HB zur Auslaßkammer 13 hin verschoben werden (Fig. 3) ·

Der sich aufgrund der Verschiebung der Membranen verschiebende Ventilkörper 27 bewegt sich zum Einlaß 25 des Drucktanks 24 und schließt ihn. Dadurch wird der Innendruck des Drucktanks 24 auf oder gering über dem Pegel gehalten, bei dem die Pumpe einzuschalten ist. In diesem Fall wird der Innendruck des Drucktanks 24 von dem auf der Förderseite der Pumpe 2 vorhandenen Druck abgesperrt, selbst wenn der Innendruck im Fördersystem der Pumpe 2 ansteigt, da der Einlaß 25 des Drucktänks 24 geschlossen ist.

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Wenn der Öffnungsgrad des Absperrhahns verkleinert wird, um die dadurch abgegebene Wassermenge zu verringern, wird der Durchsatz des in die Einlaßkammer 12 des Stellventils 5 fließenden, unter Druck stehenden Wassers gesenkt. Gleichzeitig wird auch der Widerstand der Öffnung 23 in bezug auf das sie durchströmende Wasser verringert, so daß sich in der Beziehung zwischen den auf die Membranen HA und HB ausgeübten Kräfte eine Änderung ergibt. Da jedoch der Druck auf der Förderseite D der Pumpe 2 mit verringerter Wassermenge durch den Absperrhahn ansteigt, wird der Differenzdruck zwischen dem Inneren des Stellventils 5 und dem Inneren des Drucktanks 24 größer. Infolgedessen wird der Ventilkörper 27, der aufgrund der Verschiebung der Membranen HA und HB zur Rückkehr in seine Ausgangslage (Fig. 3) neigt, an dieser Rückkehr gehindert, da er durch den Differenzdruck gegen den Ventilsitz 26 gedrückt wird, wodurch der Einlaß 25 zum Drucktank 24 geschlossen gehalten wird.

Wenn der Absperrhahn vollständig oder beinahe geschlossen ist, strömt im wesentlichen kein Wasser von der Einlaßkammer 12 durch die Öffnung 23 in die Auslaßkammer 13. Dadurch wird der Differenzdruck zwischen der Einlaßkammer 12 und der Auslaßkammer 13, der durch den Widerstand der öffnung gegen das strömende Wasser hervorgerufen wiid, beseitigt, wodurch der Druck in der Einlaßkammer 12 im wesentlichen gleich dem in der Auslaßkammer 13 wird.. Inzwischen steigt der Druck auf der Förderseite der Pumpe 2 gleichmäßig an, so daß der Druck im Stellventil 5 ansteigt und auf die Membranen HA und HB ein im wesentlichen gleichmäßiger hoher Druck ausgeübt wird. .

Wie bereits erläutert, haben die wirksamen Druckaufnahmebereiche S₁ und Sg der der Einlaßkammer 12 zugewandten Membran

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HA und der der Auslaßkammer 13 zugewandten Membran HB des Stellventils 5 die Beziehung S₂ > S₁; dieser Unterschied der Druckaufnahmebereiche erhöht die Kraft, die die Membranen HA und HB zur Einlaßkammer 12, in der der Haupteinlaß 7 liegt, verschiebt. Wenn diese Kraft größer als die auf den Ventilkörper 27 vom Differenzdruck ausgeübte Kraft, die den-Ventilkörper in der Lage nach Fig. 2 hält, wird, werden die Membranen HA und 1IB zur Einlaßkammer 12 verschoben, der Ventilkörper 27 löst sich vom Ventilsitz 26 und öffnet dadurch den Einlaß 25 des Drucktanks 24. Danach strömt das unter Druck stehende Wasser im Stellventil 5 und im Fördersystem 6 durch den Einlaß 25 in den Drucktank 24.

Der Innendruck des Drucktanks 24 steigt, während das unter Hochdruck stehende Wasser in ihn strömt. Wenn der Innendruck des Drucktanks 24 den Pegel erreicht", auf dem die Pumpe 2 abzuschalten ist, erfaßt der Druckschalter 29 diesen Druck und wird geöffnet. Gleichzeitig mit dem Öffnen des Druckschalters 29 wird die Pumpe 2 ausgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Ventilkörper 27 in die Lage nach Fig. 3 zurückgekehrt. Wenn der Absperrhahn wieder geöffnet wird, wird der erläuterte Vorgang wiederholt und die Pumpe eingeschaltet.

.Wie erwähnt, arbeitet das Stellventil 5 so, daß es den Einlaß 25 des Drucktanks 24 schließt, nachdem der Druckschalter 29 geschlossen oder die Pumpe 2 nach dem Schließen des Druckschalters 29 eingeschaltet wurde, und dann verhindert das Stellventil, daß der Druck im Fördersystem 6 das Innere des Drucktanks .24 beaufschlagt. Ferner bleibt der Einlaß 25 des Drucktanks 24 geschlossen, bis der Wasserdurchsatz durch den Absperrhahn oder durch die Öffnung 23 unter den Mindestwert verringert wird. Wenn also der Durchsatz des durch das Fördersystem 6 der Pumpe 2 strömenden Wassers über dem Min-

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destwert liegt, setzt die Pumpe ihren Betrieb ohne Unterbrechung fort und arbeitet nie schrittweise. Der Mindestwasserdurchsatz ist gegeben, wenn die auf die Membran HA und den Ventilkörper 27 wirkende Kraft zum Abwärtsbewegen

des Ventilkörpers 27, die den auf die Membran HA wirkenden Wasserdruck in der Auslaßkammer 13 einschließende Kraft, der auf den Ventilkörper 27 wirkende Innendruck des Drucktanks 24 und das Gewicht der Membran und der Öffnung größer als die Kraft sind, die den Ventilkörper 27 in der Lage nach Fig. 2 hält und den auf die Membran HB wirkenden Wasserdruck in der Einlaßkammer 12 und den auf den Ventilkörper 27 wirkenden Wasserdruck in der Auslaßkammer 13 einschließt. Der Mindestdurchsatz kann sich in Abhängigkeit vom Innendurchmesser der Öffnung 23, von der Rauhigkeit der Innenfläche der Öffnung 23, den wirksamen Druckaufnahmebereichen S₁ und S₂ der Membranen HA und HB und vom Gewicht des von den Membranen gehaltenen Teils ändern. Es ist zu beachten, daß der Mindestdurchsatz durch geeignete Ausbildung der Öffnung 23, der Membranen HA und HB und des Abstandsstücks 17 auf einen gewünschten Wert einstellbar ist. Der Mindestdurchsatz kann auf einen relativ niedrigen Wert von z. B. 2 l/min herabgesetzt werden.

Wenn der Durchsatz des Wassers im Fördersystem 6 der Pumpe unter den Mindestwert verringert wird, bewegen sich die Membranen zusammen mit dem Ventilkörper 27 nach unten, und der Einlaß 25 des Drucktanks 24 wird geöffnet,. Das Innere des Drucktanks wird mit dem Hochdruck in der Ausläßkammer 13 beaufschlagt, so daß der Pumpbetrieb sofort durch den Druckschalter 29 unterbrochen wird, der ein Ansteigen des Innendrucks im Drucktank 24 erfaßt.

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Selbst wenn also die Pumpe so arbeitet, daß die pro Stundeneinheit durch den Absperrhahn abgegebene Wassermenge kleiner als die von der Pumpe geförderte Wassermenge ist, setzt die Pumpe 2 ihren Betrieb unabhängig von Änderungen der durch den Absperrhahn abgegebenen Wassermenge fort, da der Innendruck des Drucktanks 24 durch das Stellventil 5 vom Druck im Fördersystem 6 abgesperrt ist, wie bereits erläutert wurde.

Fig. 5 zeigt eine Pumpkennlinie. Es sei angenommen, daß der verwendete Druckschalter 29 bei einem Wasserstand H₁ zum Einschalten der Pumpe 2 geschlossen und bei einem Wasserstand H₂. zum Ausschalten der Pumpe geöffnet wird. Bei einer bereits entwickelten Einrichtung, die kein erfindungsgemäßes Stellventil verwendet, wird die Pumpe eingeschaltet, wenn der Innendruck des Drucktanks 24 (oder der Druck in der Förderöffnung der Pumpe) H₁ ist, und ausgeschaltet, wenn der Druck H₂ ist. Somit arbeitet die Pumpe so, daß die Menge des hochgepumpten Wassers zwischen Q-, und Q₂ liegt oder der Betrieb an einem Einschaltpunkt EIN-, beginnt und an einem Ausschaltpunkt AUSp endet.

Andererseits ist bei einer erfindungsgemäßen Pumpe die Einstellung eines Mindestwasserdurchsatzes auf einen Wert möglich, der im Bereich des Ausschaltbereichs der Pumpe 2 liegt. Wenn der Mindestwert bei Q₁, eingestellt wird, kann der Betrieb der Pumpe 2 ohne Unterbrechung fortgesetzt werden, bis die hochgepumpte Wassermenge Q erreicht, und

3 die Pumpe 2 wird an einem Ausschaltpunkt AUSx ausgeschaltet.

Durch die Erfindung kann also der Arbeitsbereich der Pumpe, der zwischen EIN₁ und AUS₃ liegt, über den Arbeitsbereich der bereits entwickelten Pumpe, der zwischen EIN₁ und AUS₂ liegt, erweitert werden. Infolgedessen arbeitet die Pumpe 2~

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kontinuierlich, und der Druckschalter 29 wird nicht geöffnet oder geschlossen, während die Pumpe innerhalb dieses Bereichs arbeitet. Dadurch werden Änderungen der von der Pumpe pro Stundeneinheit geförderten Wassermenge vermieden, die sonst durch den diskontinuierlichen Betrieb der Pumpe auftreten könnten. Das heißt, die durch den Absperrhahn pro Stundeneinheit abgegebene Wassermenge kann konstantgehalten werden.

Somit schafft die Erfindung eine selbsttätige Pumpe, die unabhängig von Änderungen der durch den Absperrhahn abgegebenen Wassermenge kontinuierlich arbeiten kann und ein Konstanthalten der pro Stundeneinheit geförderten Wassermenge selbst dann ermöglicht, wenn der verwendete Drucktank klein ist.

Gemäß der Erfindung wird das Ein- und Ausschalten der Pumpe 2 dadurch gesteuert, daß das Öffnen und Schließen des Einlasses 25 des Drucktanks 24 durch das Stellventil 5 erfolgt. Dadurch wird verhindert, daß der Hochdruck im Fördersystem 6 der Pumpe 2 auf das Innere des Drucktanks 24 ausgeübt wird, und zwar insbesondere bei laufender Pumpe. Dadurch ergibt sich eine längere Lebensdauer der Pumpe, da verhindert wird, daß beim Drucktank 24 Ermüdungserscheinungen auftreten, die sonst durch die Wirkung des im Fördersystem 6 der Pumpe 2 vorhandenen Hochdrucks hervorgerufen werden würden.

Ferner arbeitet das Stellventil 5 so, daß es den Einlaß 25 des Drucktanks 24 unmittelbar nach dem Schließen des Druckschalters 29 und dem Einschalten der Pumpe 2 schließt. Dadurch bleibt der Einlaß 25 des Drucktanks 24 geschlossen, .während die Pumpe 2 läuft, wobei der Innendruck des Druck-

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tanks 24 jederzeit nahe dem Pegel gehalten wird, bei dem die Pumpe einzuschalten ist. Dadurch erfolgt ein Anstieg des Innendrucks des Drucktanks 24 auf den Pegel, bei dem die Pumpe 2 einzuschalten ist, mit Zeitverzögerung nach dem Schließen des Absperrhahns. Infolgedessen wird die Pumpe 2 selbst dann nicht häufig ein- und ausgeschaltet, wenn der Absperrhahn häufig geöffnet und geschlossen wird. Somit hat eine Verringerung der Größe oder des Volumens des Drucktanks keine Hinderung seiner Arbeitsweise zur Folge, so daß der Nutzwert der einen kleinen Drucktank verwendenden Pumpe gesteigert wird.

Das Stellventil 5 für die Steuerung des Betriebs der Pumpe ist so aufgebaut, daß die in ihm angeordneten Membranen unterschiedliche wirksame Druckaufnahmebereiche haben, und im Wasserdurchlauf ist eine von den Membranen im Stellventil 5 begrenzte Öffnung zum "Unterhalten der Verbindung zwischen der Einlaß- und der Auslaßkammer vorgesehen, so daß die Kraft, mit der der Einlaß 25 des Drucktanks geöffnet und geschlossen wird, durch diesen Aufbau des Stellventils erzielbar ist. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Verwendung einer Feder oder anderen Federung, deren Federeigenschaft sich nach längerem Gebrauch ändern könnte, zum Öffnen und Schließen des Drucktanks»

Wenn also das erfindungsgemäße Stellventil zum Öffnen und Schließen des Drucktankeinlass.es verwendet wird, ergibt sich selbst dann keine Änderung der Kraft.,, mit der der Drucktankeinlaß geöffnet und geschlossen wird, wenn das Stellventil lange Zeit benutzt wird. Dadurch ist eine zwangläufige Steuerung des Ein- und Ausschaltens der Pumpe möglich.

ΒΌ9823/0713

Claims

Patentansprüche

1.) Selbsttätige Pumpeinrichtung mit einer Pumpe, mit einem an ein Fördersystem der Pumpe angeschlossenen Drucktank und mit einem Druckschalter zum Erfassen des Innendrucks des Drucktanks und zum Ein- und Ausschalten der Pumpe, gekennzeichnet durch ein im Fördersystem (6) der Pumpe (2) angeordnetes Stellventil (5), das einen Einlaß (25) des Drucktanks (24) nach dem Schließen des Druckschalters (29) schließt und ihn vor dem Öffnen des Druckschalters (29) öffnet.

2. Pumpeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil (5) den Einlaß (25) des Drucktanks (24) unmittelbar nach dem Einschalten der Pumpe (2) schließt und ihn vor dem Stillsetzen der Pumpe (2) öffnet.

3. Pumpeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil (5) zum Öffnen und Schließen des Einlasses (25) des Drucktanks (24) den Einlaß (25) schließt, wenn der Wasserdurchsatz im Fördersystem (6) über einen vorgegebenen Mindestwert liegt, und den Einlaß (25) öffnet, wenn der Wasserdurchsatz im Fördersystem (6) unter dem Mindestwert liegt.

4. Pumpeinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil (5) aufweist: einen Hauptkörper, in dem ein Haupteinlaß (7), ein Hauptauslaß (8) und eine mit dem Einlaß (25) des Drucktanks (24) in Verbindung stehende öffnung ausgebildet sind, wobei der

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Haupteinlaß (7) mit einer Förderöffnung (10) der Pumpe (2) und der Hauptauslaß (8) mit einer Abgabevorrichtung verbunden ist; im Hauptkörper angeordnete Membranen (1-lA, HB) , die im wesentlichen parallel zueinander liegen und das Innere des Hauptkörpers in eine Einlaßkammer (12), in der der Haupteinlaß (7) ausgebildet ist, und eine Auslaßkammer (13), in der der Hauptauslaß (8) ausgebildet ist, unterteilen und zwischen sich eine Zwischenkammer (14) bilden, wobei die der Auslaßkammer (13) zugewandte Membran (11B) einen wirksamen Druckaufnahmebereich (Sp) hat, der größer als der wirksame Druck auf nahmeber eich (S-,) der der Einlaßkammer (12) zugewandten anderen Membran (HA) ist; eine von den Membranen (HA, HB) gehaltene Öffnung (23) zum Erhalten der Verbindung zwischen der Einlaßkammer (12) und .der Auslaßkammer (13); und einen von der Öffnung (23) gehaltenen Ventilkörper (27) zum Öffnen und Schließen des Einlasses (25) des Drucktanks (24).

5. Pumpeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer (14) in Verbindung mit der Atmosphäre gehalten (16) wird.

6. Pumpeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkörper zylindrisch ist und daß der Haupteinlaß (7), die Öffnung (23) und der Einlaß (25) des Drucktanks (24) entlang der Mittenlinie des Hauptkörpers miteinander fluchten.

7. Pumpeinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein zwischen den parallelen Membranen (llA, HB) liegendes Abstandsstück (17), das mit den Membranen (HA, HB) in Berührung gehalten wird und die Öffnung (23) umgibt,

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wobei ein Teil des Abstandsstücks (17), der mit der der Auslaßkammer (13) zugewandten Membran (llB) in Berührung gehalten wird, einen größeren Bereich als ein anderer Teil hat, der mit der der Einlaßkammer (12) zugewandten Membran (llA) in Berührung gehalten wird.

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