DE3022872A1 - Umwaelzpumpenaggregat - Google Patents

Description

Anmelder: Grundfos A/S,

Oestre Ring Vej 7-11, DK-8850 Bjerringbro

Umwälzpumpenaggregat

Die Erfindung betrifft ein aus Pumpe und Motor bestehendes Umwälzpumpenaggregat für Heizungs- und Brauckwasseranlagen, bei dem der Motor durch einen Drehzahlschalter auf mindestens zwei verschiedene Drehzahlen einstellbar ist.

Der Betriebspunkt einer Heizungs- oder Brauchwasseranlage wird bekanntlich durch den Schnittpunkt zwischen der Rohrnetzkennlinie und der Drosselkurve bestimmt. Um die Pumpe verlustlos an das System anzupassen und um elektrische Antriebsleistung einsparen zu können, werden seit einigen Jahren Umwälzpumpenaggregate mit? mehreren möglichen Drehzahlen gebaut. Das Ändern der Drehzahl erfolgt bei diesen relativ kleinen Motoren in bekannter Weise durch Reihen- und/oder Parallelschaltung der Haupt- und Hilfswicklungen des Motors. Die jeweils gewünschte Schaltung und damit die Betriebsdrehzahl des Pumpenaggregates werden durch den Drehzahlschalter eingestellt, der in den meisten Fällen im Klemmenkasten des Pumpenmotors eingebaut ist.

Solche drehzahlwählbaren Pumpen haben unbestreitbar große Vorteile im Hinblick darauf, daß sie energiesparend während des größten Teiles der Betriebszeit auf niedriger Drehzahl gefahren werden

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können, sie haben aber den schwerwiegenden Nachteil, daß das Anlaufen des Aggregates bei eingestellter niedriger Drehzahl nicht immer gewährleistet ist.

Die hiermit zusammenhängenden Probiene werden deutlich, wenn man die in Figur 1 dargestellten Gegebenheiten betrachtet. In diesem Diagramm zeigen die mit M3, M2 und M1 bezeichneten Kurven den Drehmomentenverlauf M des Pumpenrcotors in Abhängigkeit von der Drehzahl η bei den in diesem Fall möglichen drei Stellungen des Drehzahlschalters. Diese Stellungen sind in der Darstellung durch die mit den Kreisen eingeschlossenen Ziffern angedeutet. Wenn die Haupt- und Hilfswicklungen des Motors parallelgeschaltet sind (Schalterstellung 3), dann ist das Motormoment und auch die Leistungsaufnahme am größten. Bei einer Reihenschaltung von Haupt- und Hilfswicklungen (Schalterstellung 1) sind das Motormoment und die Leistungsaufnahme klein. Schließlich liegen bei einer kombinierten Reihen- und Parallelschaltung der Wicklungen (Schalterstellung 2) das .Motormoment und die Leistungsaufnahme auf entsprechenden Mittelwerten. Die in diesem Zusammenhang notwendigen schaltungstechnischen Maßnahmen und Funktionen sind an sich bekannt und brauchen deshalb nicht im einzelnen erläutert zu werden.

Die Kurven P1 und P2 in Figur 1 zeigen den Momentenverlauf einer Kreiselpumpe als Funktion der Drehzahl n. Die Kurve P1 ist als "Normalkurve¹¹ anzusehen. Sie weist aus, daß bei der Drehzahl Null ein bestimmtes "Losbrechmoment" gefordert wird und daß das Moment

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nach dem Erreichen des Minimums einen parabolischen Verlauf nimmt. Da in diesem betrachteten Fall das Pumpenmoment P1 bei der Drehzahl Null unter dem Motormoment M liegt, ist ein sicheres Anfahren des Aggregates möglich. Die jeweilige Differenz zwischen den Kurven M und P stellt das Beschleunigungsmoment dar, das im Schnittpunkt beider Kurven, also beim Betriebspunkt, Null wird.

Wird das Pumpenaggregat ausgeschaltet, dann setzen sich vor allem bei läncerer Stillstandszeit die im Wasserkreislauf vorhandenen Schmutzteilchen in den Lagern und am Rotor des Motors ab. Dadurch erhöht sich erfahrungsgemäß die Reibung in den Lagern und zwischen dem Rotorumfang und dem Spaltrohr, so daß nach gewisser Stillstandszeit, beispielsweise bei während des Sommers ausgeschalteter Umwälzpumpe, das Pumpenmoment den Verlauf der Kurve P2 haben könnte. Die Figur 1 zeigt, daß nun in der Schalterstellung für das Drehmoment M1 kein Anlauf des Motors möglich ist, weil das Pumpenmoment P2 bei n=0 größer ist als das Motormoment M1. Auch in der Schalterstellung für das Moment M2 wird es Startschwierigkeiten geben können.

Das Pumpenaggregat läßt sich zwar manuell deblockieren. Zu diesem Zweck muß aber meist ein Gehäusestopfen entfernt werden, um die Pumpenwelle zugänglich zu machen. Nachteilig ist es hierbei, daß Wasser austritt und daß in vielen Fällen der nicht fachkundige Betreiber der Heizung auch gar nicht in der Lage ist, daß Anwerfen des Rotors auszuführen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Anlauf-Schwierigkeiten der Umwälzpumpe zu beheben, also unter anderem auch nach längerer Stillstandszeit der Pumpe ein sicheres Anlaufen zu gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das eingangs erwähnte Pumpenaggregat nach der Erfindung so ausgebildet, daß der Pumpenmotor unab-· hängig von der am Drehzahlschalter eingestellten Betriebsdrehzahl nach dem Ausschalten oder beim Einschalten des Aggregates automatisch durch einen den Drehzahlschalter übersteuernden Anfahrschalter auf die Drehzahl mit dem höchsten Anfahrmoment geschaltet, in dieser Drehzahl angefahren und nach einer vorgegebenen Zeit auf die am Drehzahlschalter eingestellte Betriebsdrehzahl umgeschaltet wird. Verständlicherweise wird dabei der Vorgang des Umschaltens auf das höchste Anfahrmoment dann nicht vor sich gehen, wenn der Motor mit seinem Drehzahlschalter ohnehin schon auf die Drehzahl mit dem höchsten Moment eingestellt ist. Allerdings würde auch in diesem Fall die Übersteuerung des Drehzahlschalters aufgehoben werden.

Der Anfahrschalter wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von einer bestj.mmten Betriebsgröße des Pumpenmotors gesteuert. So kann der Anfahrschalter als Thermostat ausgebildet sein, wobei das Temperaturfeld des Pumpenmotors als Schaltgröße bzw. Betriebsgröße dient. Wird das Pumpenaggregat ausgeschaltet, fällt die Motortemperatur mit der Zeit auf die Umgebungstemperatur ab.

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Beim Unterschreiten einer vorgewählten Schalttemperatur, z.B. 30° C, schaltet der Thermostat den Stromkreis des Motors unter Umgehung des Drehzahlschalters auf die größte Drehzahl um. In dieser Drehzahl wird dann das Pumpenaggregat angefahren. Dabei steigt die Motortemperatur schließlich wieder an. Beim überschreiten der im Beispiel angenommenen 30° C springt der Thermostat um und schaltet nun auf die am Drehzahlschalter eingestellte Be-*- v triebsdrehzahl.

Der Anfahrschalter kann auch ein Relais sein, das beim Abschalten des Motors abfällt und dessen Stromkreis zur Drehzahl mit dem höchsten Anfahrmoment schließt und nach dem erneuten Einschalten des Motors verzögert auf die mit dem Drehzahlschalter eingestellte Drehzahl umschaltet, dabei also die vorausgegangene Übersteuerung des Drehzahlschalters aufhebt. Die Anzugsverzögerungszeit dieses Relais könnte bei etwa 10s liegen, wenn anzunehmen ist, daß sich ein durch evtl. Ablagerungen blockierter Motor innerhalb dieser Zeit freiyearbcitct haben wird.

Als Anfahrschalter könnte auch ein thermisches Relais in Betracht kommen, wie z.B. ein mit einer Heizwicklung versehener Bimetallstreifen, wobei die Wicklung im Stromkreis des Pumpenmotors liegt, also vom aufgenommenen Motorstrom als Betriebsgröße beeinflußt wird. Der Bimetallstreifen kann dabei auf einen üblichen Sprungschalter einwirken und nach einer gewissen Aufheizzeit der Wicklung den Schaltvorgang vornehmen.

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Im übrigen können als Anfahrschalter auch andere Schaltelemente zur Anwendung kormr.en, die neben den erwähnten Betriebsgrößen auch sonstige Betriebsgrößen des Motors im Sinne der Erfindung verarbeiten können.

Der besondere Vorteil eines erfindungsgemäß gebauten Umwälzpumpenaggregates liegt in der Tatsache, daß es energiesparend bei niedriger Drehzahl betrieben werden kann, daß aber in jedem Fall die Startsicherheit aufgrund des Motoranlaufes mit dem größten Drehmoment besitzt. Anlaufprobleme bei drehzahlwählbaren Pumpen sind also auf diese Weise beseitigt, so daß die sonst häufig nicht ausgenutzten Möglichkeiten des Energieeinsparens jetzt voll genutzt werden können.

In der Figur 2 ist ein schaltungstechnisches Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Zeichnung zeigt einen Einphasenmotor 1 mit dem üblichen Betriebskondensator 2 und dem Drehzahlschalter 3, durch den der Darstellung entsprechend die niedrigste Drehzahl n1 als Betriebsdrehzahl eingestellt ist. Bei offenem Netzschalter 4 und somit unterbrochener Stromzufuhr zum Aggregat liegt der beispielsweise als elektromagnetisches Relais ausgebildeter Anfahrschalter 5 in der gezeigten abgefallenen Stellung, die er auch wegen der vorgegebenen Anzugsverzögerung beim Einschalten des Motors zunächst beibehält. In dieser Stellung übersteuert also der Anfahrschalter 5 den Drehzahlschalter 3 in der Weise, daß die Motorwicklungen unabhängig vom Schalter 3

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willkürlich auf 'die Drehzahl n3 geschaltet sind.

Nach dem Umlegen des Schalters 4 wird der Motor 1 mit der Drehzahl n3 bzw. dem höchsten Drehmoment M3 anlaufen. Nach diesem Anfahrvorgang springt das anzugsverzögerte Relais 5 mit seinem Schaltkontakt in die gestrichelte Position um, so daß das Aggregat nun in der am Drehzahlschalter 3 eingestellten Drehzahl n1 weiterlaufen wird. Eine Drehzahländerung würde verständlicherweise auch dann stattfinden, wenn der Schalter 3 vorher auf die Drehzahl n2 geschaltet wäre. Im übrigen wird natürlich kein Drehzahlwechsel stattfinden, wenn der Drehzahlschalter 3 sich in der Schaltstellung für die Drehzahl n3 befinden würde.

Wie schon vorher erwähnt wurde, könnte man anstelle eines anzugsverzögerten Relais auch ein thermisches Relais oder sonstige durch bestimmte Betriebsgrößen beeinflußbare Schaltelemente verwenden. Entscheidend ist allein die Forderung, daß nach dem bzw. mit dem Ausschalten oder beim Einschalten des Aggregates der Drehzahlschalter in seiner eigentlichen Drehzahlschaltfunktion übersteuert ist und der Pumpenmotor jeweils mit dem höchsten Drehmoment anfährt.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß der Drehzahlschalter 3 und der Anfahrschalter 5 nicht notwendigerweise zwei getrennte Einheiten sein müssen, da beide Schalter auch eine bauliche und funktioneile Einheit bilden könnten. Es könnte also ebenfalls

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ein einzelner Schalter exnheitlich beide Funktionen übernehmen. Relativ einfach wäre dies bei einem Pumpenaggregat mit zwei Drehzahlen zu realisieren.

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Claims (5)

Anmelder: Grundfos A/S, Oestre Ring -Vej 7-11, DK-8850 Bjerringbro Patentansprüche

1. Aus Pumpe und Motor bestehendes Umwälzpumpenaggregat für Heizungs- und Brauchwasseranlagen, bei dem'der Motor durch einen Drehzahlschalter auf mindestens zwei verschiedene Drehzahlen einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenmotor (1) unabhängig von'der am Drehzahlschalter (3) eingestellten Betriebsdrehzahl (n) nach dem Ausschalten oder beim Einschalten des Aggregates automatisch durch einen den Drehzahlschalter übersteuernden Anfahrschalter (5) auf die Drehzahl (n3) mit höchstem Anfahrmoment (M3) geschaltet, in dieser Drehzahl angefahren und nach einer vorgegebenen Zeit auf die am Drehzahlschalter eingestellte Betriebsdrehzahl umgeschaltet wird.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrschalter (5) in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße des Puirpenmotors (1) gesteuert wird.

3. Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrschalter (5) ein Relais ist, das beim Abschalten des Motors (1) dessen Stromkreis zur Drehzahl (n3) mit dem höchsten Anfahrmoment (M3) schließt und nach dem Einschalten des Motors

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verzögert auf die mit dem Drehzahlschalter (3) eingestellte Drehzahl schaltet bzw. die Übersteuerung dieses Schalters aufhebt.

4. Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrschalter (5) ein vom Temperaturfeld des Motors (1) gesteuerter Thermostat ist, der nur bein Unterschreiten einer vorgewählten Schalttamparatur den Stromkreis des Motors auf die Drehzahl (n3) mit dem. höchsten Anfahrmoment (M3) schließt.

5. Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlschalter und der Anfahrschalter eine bauliche und funktioneile Einheit bilden.

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