DE3438669C2

DE3438669C2 -

Info

Publication number: DE3438669C2
Application number: DE19843438669
Authority: DE
Inventors: Guenther Hantschk; Johann 8264 Waldkraiburg De Kreidl
Original assignee: Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Current assignee: Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1984-10-22
Publication date: 1990-10-11
Also published as: DE3438669A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe mit einer solarzel len- oder windkraftgespeisten elektrischen Energiequelle, einem Elektro-Motor, einer Kupplung zwischem dem Motor und der Pumpe und einer Strom/Spannungs-Steuereinrichtung für den Motor.The invention relates to a positive displacement pump with a solar cell len- or wind power-fed electrical energy source, one Electric motor, a coupling between the motor and the pump and a current / voltage control device for the motor.

Aus der DE 24 09 368 A1 ist eine Pumpe für Spritzgeräte be kannt, die in der Anlaufphase einen besonders hohen Dreh widerstand zu überwinden hat, weil das zu fördernde Material zu Beginn des Fördervorganges eine besondere Zähigkeit aufweisen kann. Es ist dort eine Fliehkraft-Kupplung vorgesehen, welche so wirken soll, daß bei steigender Drehzahl des Motors ein ständig größer werdendes Mitnahmemoment auf eine Pumpenwelle ausgeübt wird, da das Kupplungsmoment mit zunehmender Flieh kraft allmählich ansteigt. Dieses Mitnahmemoment stellt für den Motor ein ständig größer werdendes Bremsmoment dar, solange sich die Pumpe nicht dreht. Dieses Bremsmoment muß also vom Motor bei gleichzeitig ansteigender Drehzahl überwunden werden. Das Betriebsmoment des Motors muß größer sein als das Anlauf moment der Pumpe. Die bei der bekannten Vorrichtung verwendete Fliehkraft-Kupplung hat zur Folge, daß im Betrieb die Drehzahl nicht absinken darf, da sonst der Kraftschluß der Kupplung ebenfalls absinken würde.From DE 24 09 368 A1 a pump for sprayers is knows that in the start-up phase a particularly high spin resistance has to be overcome because of the material to be conveyed Have a special toughness at the beginning of the conveying process can. A centrifugal clutch is provided there, which should act so that with increasing engine speed constantly increasing driving torque on a pump shaft is exercised because the clutch torque with increasing fleeing force gradually increases. This moment of drag represents for the Motor represents an ever increasing braking torque as long as the pump is not rotating. This braking torque must therefore from Motor can be overcome with increasing speed at the same time. The operating torque of the motor must be greater than the start-up moment of the pump. The one used in the known device Centrifugal clutch has the consequence that the speed during operation must not drop, otherwise the clutch's frictional connection would also decrease.

Soll eine solargetriebene Verdrängerpumpe, wie beispielsweise eine Exzenterschneckenpumpe, als sogenannte Brunnenpumpe zur Wasserförderung eingesetzt werden, so ergeben sich aus dem Anlaufverhalten der Pumpe, also dem Übergang aus der Ruhestel lung in den Dauerbetrieb, erhebliche Probleme, da während dieser Anlaufphase kurzzeitig ein Drehmoment erzeugt werden muß, das wesentlich größer ist als im stationären Betriebszu stand nach Durchlaufen der Anlaufphase. Es ist also in der Anlaufphase eine Energie-Schwelle zu überwinden, die wesentlich größer ist als der Energieverbrauch der Pumpe im Normalbetrieb. Bei einer Exzenterschneckenpumpe ist in der Anlaufphase ein Drehmoment zum Ingangsetzen der Pumpe erforderlich, das bei spielsweise etwa dreimal größer ist als das im Dauerbetrieb erforderliche Drehmoment.Should a solar powered positive displacement pump, such as an eccentric screw pump, known as a well pump Water production are used, so arise from the Start-up behavior of the pump, i.e. the transition from the idle state continuous operation, significant problems as during a torque is briefly generated during this startup phase must, which is much larger than in stationary operation stood after going through the start-up phase. So it's in the Start-up to overcome an energy threshold that is essential is greater than the energy consumption of the pump in normal operation. An eccentric screw pump is in the start-up phase Torque required to start the pump for example, is about three times larger than that in continuous operation required torque.

Zur Überwindung der in der Anlaufphase auftretenden Energie- Schwelle müßte dementsprechend die Energiequelle so ausgelegt werden, daß sie in der Lage ist, eine elektrische Energie ab zugeben, welche wesentlich größer ist als die im Dauerbetrieb erforderliche. Um die Zahl der Photoelemente des Solargenera tors nicht übermäßig groß werden zu lassen, wird zur Lösung dieses Problems in der Regel eine Pufferbatterie (Akkumulator) zwischen die Solarzelle und den Verbraucher geschaltet. Ein derartiger Akkumulator ist aber teuer, wartungsbedürftig und schwer zu transportieren, so daß sich sein Einsatz mit einer solar- oder windkraftgespeisten Verdrängerpumpe in Entwick lungsländern nicht empfiehlt.To overcome the energy occurring in the start-up phase Accordingly, the threshold would have to be interpreted as the energy source be able to absorb electrical energy admit which is much larger than that in continuous operation required. To the number of photo elements of the solar genera Not letting the torsion get too big becomes a solution this problem usually a backup battery (accumulator) switched between the solar cell and the consumer. A such an accumulator is expensive, requires maintenance and difficult to transport, so that its use with a displacement pump powered by solar or wind power in development countries.

Weiterhin ist der Einsatz von solargetriebenen Verdrängerpumpen aufgrund des beschriebenen Anlaufverhaltens zur Wasserförderung in Entwicklungsländern auch deshalb beeinträchtigt, weil die Wasserförderung in aller Regel in den frühen Morgenstunden beginnen sollte, in denen der Sonnenstand noch keine maximale Energieabgabe der Solarzellen ermöglicht.Furthermore, the use of solar powered positive displacement pumps due to the start-up behavior described for water delivery in developing countries also because the Water is usually pumped in the early morning should begin in which the position of the sun is still not a maximum Enables energy delivery of the solar cells.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ohne Einsatz eines Akkumulators ein sicheres Anlaufen der Pumpe auch dann gewährleistet, wenn die momentan von der Energiequelle abge gebene elektrische Energie nicht ausreicht, um das für den An lauf der Pumpe erforderliche Drehmoment zu erzeugen.The invention has for its object a positive displacement pump to create the type mentioned above, which without use of a battery, the pump also starts safely guaranteed if the currently abge from the energy source given electrical energy is not sufficient for the to generate the required torque when the pump is running.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentan spruch 1 gekennzeichnet.The inventive solution to this problem is in the patent saying 1 marked.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are in the sub claims described.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt:The invention is based on the drawing in detail explained. It shows:

Fig. 1 in einem Diagramm einen typischen Drehmomentver lauf in Abhängigkeit von der Drehzahl und Fig. 1 in a diagram shows a typical torque Ver depending on the speed and

Fig. 2 schematisch eine erfindungsgemäße Verdrängerpumpe. Fig. 2 shows schematically a positive displacement pump according to the invention.

Fig. 1 illustriert die in der Anlaufphase einer Verdrängerpum pe, wie einer Exzenterschneckenpumpe, auftretende Energie schwelle. Auf der Ordinatenachse ist der Motorstrom aufgetragen. Da es sich um einen Gleichstrom-Nebenschlußmotor handelt, ist der Strom dem Motor-Drehmoment proportional. Auf der Abszissenachse ist die Motorspannung aufgetragen, welche bei diesem Motor der Drehzahl proportional ist. Die Kurve zeigt, daß in der Anlaufphase ein relativ hohes Antriebs-Dreh moment erforderlich ist. Dies erklärt sich daraus, daß beim Anlaufen der Pumpe zunächst die Haftreibung zwischen Rotor und Stator überwunden werden muß. Danach wird ein Drehzahlbereich durchlaufen, in welchem zwischen Rotor und Stator Mischreibung auftritt. Erst nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl wird die Reibung zwischen Rotor und Stator hydrodynamisch und fällt somit erheblich ab. Fig. 1 illustrates the energy threshold occurring in the start-up phase of a displacement pump, such as an eccentric screw pump. The motor current is plotted on the ordinate axis. Since it is a DC shunt motor, the current is proportional to the motor torque. The motor voltage, which is proportional to the speed of this motor, is plotted on the abscissa axis. The curve shows that a relatively high drive torque is required in the start-up phase. This is explained by the fact that when the pump starts up, the static friction between the rotor and the stator must first be overcome. A speed range is then run through in which mixed friction occurs between the rotor and the stator. Only after a certain speed has been reached does the friction between the rotor and the stator become hydrodynamic and thus decrease considerably.

Der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß bei dem gezeigten Beispiel einer Exzenterschneckenpumpe in der Anlaufphase im Drehzahlbe reich zwischen 0 und 500 min^-1 ein maximales Drehmoment von ca. 10 Nm bei ca. 300 min^-1 benötigt wird. Danach fällt das Drehmo ment wieder auf ca. 2 Nm bei 540 min^-1 ab und bleibt dann auch bei höheren Drehzahlen etwa konstant. Dies hat zur Folge, daß die von der Stromquelle zu erbringende Leistung während der Anlaufphase zeitweise etwa 300 Watt betragen muß, während im Dauerbetrieb nur etwa 100 Watt erforderlich sind. Fig. 1 can be seen that in the example shown an eccentric screw pump in the start-up phase in the speed range between 0 and 500 min ^-1 a maximum torque of about 10 Nm at about 300 min ^{-1 is} required. The torque then drops again to approx. 2 Nm at 540 min ^-1 and then remains approximately constant even at higher speeds. The consequence of this is that the power to be provided by the power source must be approximately 300 watts at times during the start-up phase, while only approximately 100 watts are required in continuous operation.

Die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die als Exzenterschneckenpumpe ausgebildete Pumpe 10 ist mit einem Gleichstrom-Nebenschlußmotor 12 über eine elektromagnetische Kupplung 14 verbindbar.The positive displacement pump according to the invention is shown schematically in FIG. 2. The pump 10 designed as an eccentric screw pump can be connected to a direct current shunt motor 12 via an electromagnetic clutch 14 .

Eine Energiequelle 16 ist durch Solarzellen gespeist. Zwischen die Energiequelle 16 und den Motor 12 und die Kupplung 14 ist eine Strom/Spannungs-Steuereinrichtung 18 geschaltet, welche die elektrische Versorgung sowohl des Motors als auch der Kupplung regelt. Im Betrieb werden die in die Kupplung 14 und den Motor 12 eingespeisten Spannungen und Ströme von der Strom/Spannungs-Steuereinrichtung 18 derart geregelt, daß die gesamte Leistung der Energiequelle 16 in eine größtmögliche Leistung der Pumpe umgesetzt wird. Die Verbindungsleitungen zwischen der Strom/Spannungs-Steuereinrichtung 18 und dem Motor bzw. der Kupplung sind mit den Bezugszeichen 20 und 21 verse hen. Gegebenenfalls ist am Motor ein Drehzahlgeber 22 vorgese hen, welcher über eine Leitung 24 mit der Strom/Spannungs- Steuereinrichtung 18 verbunden ist. Bei einem Gleichstrom- Nebenschlußmotor ist der Drehzahlgeber 22 nicht ungedingt erforderlich, da dort die Motor-Spannung der Drehzahl propor tional ist. An energy source 16 is fed by solar cells. A current / voltage control device 18 is connected between the energy source 16 and the motor 12 and the clutch 14 and regulates the electrical supply of both the motor and the clutch. In operation, the voltages and currents fed into the clutch 14 and the motor 12 are regulated by the current / voltage control device 18 in such a way that the entire power of the energy source 16 is converted into the greatest possible power of the pump. The connecting lines between the current / voltage control device 18 and the motor or the clutch are hen with the reference numerals 20 and 21 verses. If necessary, a speed sensor 22 is provided on the motor, which is connected via a line 24 to the current / voltage control device 18 . In a DC shunt motor, the speed sensor 22 is not absolutely necessary, since there the motor voltage is proportional to the speed.

In der Anlaufphase der Pumpe 10 werden die in die Kupplung 14 und den Motor 12 eingespeisten Ströme und Spannungen von der Strom/Spannungs-Steuereinrichtung 18 derart geregelt, daß zunächst die Leistung der Energiequelle 16 ausschließlich in die Kupplung 14 eingespeist wird. Die elektromagnetisch anlüft bare Kupplung 14 wird dadurch gegen eine Federkraft in die Trennstellung gehoben. Reicht die der elektromagnetischen Kupplung 14 zugeführte Energie aus, um sie in der Trennstellung zu halten, wird die darüber hinaus vorhandene Energie der Ener giequelle 16 in den Motor 12 eingespeist, wobei der Motorstrom und die Motorspannung so geregelt werden, daß unter maximaler Ausnutzung der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie die in den Motor eingespeisten Strom- und Spannungswerte dessen momentanem Bedarf entsprechen. Bei kleiner Drehzahl ist also die eingespeiste Spannung gering und der Strom entsprechend hoch, während bei höheren Drehzahlen die Spannung entsprechend ansteigt und der Motorstrom in gleichem Maße sinkt.In the start-up phase of the pump 10 , the currents and voltages fed into the clutch 14 and the motor 12 are regulated by the current / voltage control device 18 such that the power of the energy source 16 is initially fed exclusively into the clutch 14 . The electromagnetic ventable clutch 14 is thereby raised against a spring force in the disconnected position. Sufficient energy supplied to the electromagnetic clutch 14 to hold it in the disconnected position, the energy which is also present in the energy source 16 is fed into the motor 12 , the motor current and the motor voltage being regulated in such a way that with maximum utilization of the Electrical energy available, the current and voltage values fed into the motor correspond to its current demand. At low speed, the voltage fed in is low and the current correspondingly high, while at higher speeds the voltage rises accordingly and the motor current drops to the same extent.

Hat der Motor - beispielsweise durch einen bestimmten Stand der Sonne - entsprechend des weiter ansteigenden elektrischen Energie-Angebotes der Energiequelle eine bestimmte Drehzahl erreicht, nach dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel also etwa 600 min^-1, so wird die elektromagnetische Kupplung 14 durch die Strom/Spannungs-Steuereinrichtung 18 stromlos geschaltet. Die federgespannte Kupplung schließt nach der Unterbrechung des Stromes automatisch, so daß Motor und Pumpe gekuppelt sind. Die vorgegebene Drehzahl von beispielsweise 600 min^-1 ist so bemes sen, daß die kinetische Energie der drehenden Teile des Motors zusammen mit der durch das Stromlosschalten der Kupplung frei werdenden elektrischen Leistung ausreichen, um die Pumpe über den kritischen Anlauf-Drehzahlbereich hinaus in den unkriti schen Betriebs-Drehzahlbereich zu beschleunigen.Has the engine - for example, by a particular position of the sun -. Attained according to the further increase in electrical energy range of the power source a certain speed, by the process shown in Figure 1. Example ie about 600 min ^-1, the electromagnetic clutch 14 is controlled by the Current / voltage control device 18 is de-energized. The spring-loaded coupling closes automatically after the current is interrupted, so that the motor and pump are coupled. The predetermined speed of, for example, 600 min ^-1 is such that the kinetic energy of the rotating parts of the motor together with the electrical power released by the disconnection of the clutch are sufficient to pump the pump beyond the critical starting speed range into the uncriti accelerate the operating speed range.

Um die träge Masse der drehenden Teile des Motors 12 und damit die speicherbare kinetische Energie zu erhöhen, ist ein Schwung rad 26 an der Welle des Motors 12 befestigt. In order to increase the inertial mass of the rotating parts of the motor 12 and thus the storable kinetic energy, a flywheel 26 is attached to the shaft of the motor 12 .

Liefert die durch Solarzellen oder Windkraft gespeiste Energie quelle zu wenig, um die Verdrängerpumpe oberhalb des kritischen Drehzahlbereiches, also z. B. über 500 min^-1, zu halten, so werden die zuvor beschriebenen Maßnahmen zum Anwerfen der Ver drängerpumpe erneut eingeleitet. Es wird also bei einem Energie abfall, bei einer Solarzelle beispielsweise durch aufkommende Wolken, die Kupplung 14 getrennt und der Motor 12 so lange strom- und spannungsgesteuert angetrieben, bis seine Drehzahl einen vorgegebenen Wert wieder erreicht hat, worauf die Kupp lung erneut geschlossen wird.If the energy source fed by solar cells or wind power is insufficient, the displacement pump is above the critical speed range, e.g. B. to keep above 500 min ^-1 , the measures described above for starting the United displacement pump are initiated again. So there is a drop in energy, in a solar cell, for example, by emerging clouds, the clutch 14 separated and the motor 12 driven by current and voltage until its speed has reached a predetermined value again, whereupon the clutch is closed again.

Claims

1. displacement pump with a solar cell or wind power-fed electrical energy source, an electric motor, a coupling between the motor and the pump and a current / voltage control device for the motor, characterized in that the current / voltage control device ( 18 ) the motor ( 12 ) and the clutch ( 14 ) acted on such that the clutch is held in the disconnected position until the motor ( 12 ) reaches a predetermined speed before the pump ( 10 ) starts, whereupon the clutch ( 14 ) closes, and that the clutch ( 14 ) is an electromagnetically ventilated against spring tension in the disconnected position, which is supplied with electrical energy until the pump ( 10 ) by the current / voltage control device ( 18 ) until it is lifted into the disconnected position, whereupon the motor ( 12 ) is also supplied with electrical energy until its speed reaches the predetermined value d then the power supply to the clutch ( 14 ) is interrupted.

2. Displacement pump according to claim 1, characterized in that the motor ( 12 ) is a DC motor, in particular a shunt motor.

3. Displacement pump according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor of the motor ( 12 ) is connected to a flywheel ( 20 ).

4. Displacement pump according to one of the preceding claims, characterized in that a speed sensor ( 22 ) inputs the speed of the motor ( 12 ) into the current / voltage control device ( 18 ).