DE3508049A1

DE3508049A1 - Schaltungsanordnung zum einstellen der foerderleistung einer umwaelzpumpe

Info

Publication number: DE3508049A1
Application number: DE19853508049
Authority: DE
Inventors: Ewald 3000 Hannover Hennel
Original assignee: Individual
Current assignee: RAG Industrie Service GmbH
Priority date: 1985-03-07
Filing date: 1985-03-07
Publication date: 1986-09-11
Also published as: DE3508049C2

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Einstellen der Förderleistung einer durch einen Elektromotor antreibbaren Umwälzpumpe, die im Rohrsystem einer Warmwasser-Heizungsanlage angeordnet ist und deren Elektromotor durch Umschalter stufenweise mit mindestens zwei unterschiedlichen Drehzahlen antreibbar ist, mit welcher das von einem Heizkessel kommende Wasser durch in unterschiedlichen Räumen der Heizungsanlage befindliche Verbraucher gepumpt und über ein Rücklaufrohr zurück zum Heizkessel bewegt wird.
Heizungsanlagen gibt es in den unterschiedlichsten Größenordnungen. Sie sind beispielweise in Einfamilienhäusern. in Mietshäusern, in großen Bürohäusern oder auch bei Firmen mit einer Vielzahl von Gebäuden installiert. In Abhängigkeit von der Größe der Heizungsanlage. die im wesentlichen von der Anzahl der Verbraucher bestimmt wird, ist die benötigte Pumpenleistung zu bemessen. So reicht in vielen Fällen eine einzige Umwälzpumpe aus. Bei größeren Anlagen werden eine Hauptpumpe und zusätzliche Pumpen für einzelne Heizkreise eingesetzt. Die maximale Förderleistung wird stets so bemessen, daß alle in einer Anlage befindlichen Verbraucher auch dann ausreichend versorgt werden können, wenn sie gleichzeitig eingeschaltet sind. "Verbraucher" sind dabei beispielsweise Heizkörper. Flächenheizungen, Wärmetauscher oder Klimaanlagen. a Die volle Pumpenleistung wird nur dann benötigt, wenn alle Verbraucher oder zumindest der größte Teil derselben eingeschaltet ist. In den Zeiten - beispielsweise nachts oder in der wärmeren Jahreszeit - in denen nur ein Teil der Verbraucher eingeschaltet ist, kann die Pumpenleistung vermindert werden. Das gilt auch, wenn der von den Verbrauchern benötigte Bedarf beispielsweise über Thermostatventile gedrosselt wird.
Wenn die Pumpe in diesen Fällen mit voller Leistung weiter fördert, kann es zu störenden Strömungsgeräuschen im Rohrsystem der Heizungsanlage kommen. Außerdem hat die Pumpe dabei durchgehend den maximalen Energiebedarf mit entsprechend hohen Stromkosten.
Es sind daher Umwälzpumpen auf dem Markt erhältlich, deren Elektromotor in Stufen mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden kann. Die Umschaltung kann mit entsprechenden Umschaltern von Hand oder auch automatisch mittels eines Zeitglieds. wie einer Schaltuhr, durchgeführt werden. In beiden Fällen wird die Umschaltung nach Erfahrffigswerten zeitabhängig vorgenommen. Eine Anpassung an die tatsächlich benötigte Förderleistung ist nicht möglich. So kann bei den bekannten Verfahren bzw. Anordnungen beispielsweise nicht erfaßt werden, wenn während der Vollastzeit eine größere Anzahl von Verbrauchern abgeschaltet oder während der Zeit mit verminderter Pumpenleistung eine größere Anzahl von Verbrauchern zugeschaltet wird.
Insbesondere im zweiten Fall kann das sehr stören, da der Wärmebedarf insgesamt dann nicht befriedigt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mittels derer die Förderleistung einer Umwälzpumpe automatisch dem tatsächlichen Bedarf der in einer Warmwasser-Heizungsanlage installierten Verbraucher angepaßt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, - daß in dem Rücklaufrohr ein die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers erfassendes Meßgerät angebracht ist. das eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale elektrische Spannung liefert, - daß mit dem Meßgerät ein an eine Spannungsquelle angeschlossener Regler mit einer der Anzahl der Drehzahlstufen des Elektromotors entspre- chenden Anzahl von spannungsabhängig betätigbaren Schaltern verbunden ist, von denen jeder für einen anderen Spannungswert ausgelegt ist, - daß im Stromkreis jedes Schalters ein Relais angeschlossen ist, - daß jedes Relais mit einem Hauptkontakt ausgerüstet ist, der mit einem der für den Elektromotor vorgesehenen Umschalter in einem Stromkreis liegt, und - daß die Relais über einen Hilfskontakt so gegeneinander verriegelt sind, daß immer nur eine der Drehzahlstufen des Elektromotors an Spannung liegt.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers der Heizungsanlage im Rücklaufrohr von der Anzahl der zu versorgenden Verbraucher abhängt. Die Strömungsgeschwindigkeit ist am größten, wenn alle Verbraucher der Heizungsanlage in Betrieb sind. Sie wird geringer, wenn Verbraucher der Heizungsanlage abgeschaltet oder gedrosselt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit wird von dem Meßgerät erfaßt und in eine proportionale elektrische Spannung umgesetzt.
Je nach Höhe der Spannung wird einer der Schalter geschlossen, wodurch das zugehörige Relais erregt wird und seinen Hauptkontakt schließt. Dadurch wird der Stromkreis des entsprechenden Umschalters geschlossen. wodurch der Elektromotor der Umwälzpumpe auf eine Drehzahl eingestellt wird, die der benötigten, Förderleistung entspricht. Es ist auf diese Weise möglich, die Drehzahl des Elektromotors in Stufen automatisch der Anzahl der zu versorgenden Verbraucher anzupassen.
Im Extremfall kann mit der Schaltungsanordnung die Umwälzpumpe auch völlig abgeschaltet werden. Für diesen Fall kann zusätzlich ein Zeitrelais vorgesehen sein, durch welches die Umwälzpumpe mit niedrigster Drehzahl in Abständen wieder eingeschaltet wird, bis wieder eine genügend große Anzahl von Verbrauchern angeschlossen ist, so daß die gemessene Strömungsgeschwindigkeit groß genug ist, um den Elektromotor in einer der vorgegebenen Drehzahlstufen zu betreiben.
Die Schalter können zusätzlich mit einem Bauteil ausgerüstet sein, durch welches sie auch dann noch für eine einstellbare Zeitdauer in der geschlossenen Stellung bleiben, wenn die vom Meßgerät gelieferte Spannung unter den für diesen Schalter vorgegebenen Wert sinkt.
Kurzzeitige Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers machen sich dann für die Schaltungsanordnung nicht bemerkbar.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Heizungsanlage, in welcher die Schaltungsanordnung nach der Erfindung enthalten ist.
Fig. 2 und 3 unterschiedliche Schaltungsteile der Schaltungsanordnung.
Mit 1 ist ein in einem beliebigen Gebäude aufgestellter Heizkessel bezeichnet, an den über ein Rohrsystem im Gebäude angeordnete Verbraucher angeschlossen sind. Stellvertretend für eine beliebige Anzahl von Verbrauchern ist in Fig. 1 ein Verbraucher 2 eingezeichnet.
Das Wasser der Warmwasser-Heizungsanlage wird entsprechend den eingezeichneten Pfeilen mittels einer Umwälzpumpe 3 - im folgenden kurz als "Pumpe" bezeichnet - über den Verbraucher 2 zurück zum Heizkessel 1 geführt. Die Pumpe 3 wird von einem Elektromotor angetrieben, der in bekannter Weise mit mindestens zwei unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden kann. Hierzu kann der Elektromotor beispielsweise zwei Wicklungen haben, die wahlweise eingeschaltet werden können.
Im Rücklaufrohr der Heizungsanlage ist ein Meßgerät 4 angeordnet, das die Strömungsgeschwindigkeit des zurückströmenden Wassers erfaßt und eine proportionale elektrische Gleichspannung liefert. Solche Meßgeräte sind bekannt. Sie arbeiten beispielsweise mittels Ultraschalls. Das Meßgerät 4 kann beispielsweise eine Gleichspannung bis zu 10 V liefern. die der maximalen Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Rücklaufrohr entspricht, wenn alle Verbraucher der Heizungsanlage voll eingeschaltet sind. Die Wassermenge entspricht dabei 100%. Wenn die Wassermenge und damit auch die Strömungsgeschwindigkeit um 10% zurückgeht, dann sinkt auch die vom Meßgerät 4 gelieferte Gleichspannung vom 10%, also um 1 V.
An das Meßgerät 4 ist ein Regler 5 angeschlossen, dessen genauerer Aufbau aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht. Durch den Regler 5 wird eine im Prinzip bekannte Steuereinheit 6 angesteuert, durch welche der Elektromotor der Pumpe 3 stufenweise auf unterschiedliche Drehzahlen umgeschaltet werden kann. Bei bekannten Ausführungen sind dazu in der Steuereinheit 6 beispielsweise Schütze angebracht. die von Hand oder elektrisch über eine Schaltuhr betätigt werden können.
Die Umschaltung der Drehzahlen des Elektromotors der Pumpe 3 wird entsprechend der Erfindung durch den Regler 5 wie folgt durchgeführt: Je nach Anzahl der Drehzahlstufen des Elektromotors der Pumpe 3 ist der Regler 5 mit einer korrespondierenden Anzahl von spannungsabhängig betätigbaren Schaltern ausgerüstet. Die Schalter sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Transistoren ausgebildet. In Fig. 2 sind drei Transistoren 7. 8 und 9 eingezeichnet, entsprechend zwei Drehzahlstufen des Elektromotors der Pumpe 3. In den Strompfaden der Transistoren 7, 8 und 9 liegen Relais 10, 11 und 12, die entsprechend Fig. 3 zur Ansteuerung der Steuereinheit 6 dienen.
An die Steuerelektroden(Basis) der Transistoren 7, 8 und 9 sind Spannungsteiler bzw. Potentiometer 13, 14 und 15 angeschlossen. durch welche die Transistoren auf unterschiedliche Spannungswerte eingestellt werden können, bei denen sie stromdurchlässig werden. Wenn das Meßgerät 4 - wie schon erwähnt - maximal 10 V liefert, dann kann der Transistor 7 bei 3 V stromdurehlässig werden. Der Transistor 8 wird beispielsweise auf 6 V eingestellt und der Transistor 9 auf 9 V. Bei mehr Drehzahlstufen und entsprechend mehr Transistoren wird die Aufteilung entsprechend angepaßt. Der Regler 5 ist über einen Transformator 16 und eine Gleichrichterschaltung 17 an das 220 V-Wechselstromnetz 18 angeschlossen. Er wird beispielsweise mit 12 V Gleichspannung versorgt, die zwischen dem Phasenleiter P und Masse Manstehen.
Vor Inbetriebnahme der Heizungsanlage wird die Schaltungsanordnung mit dem Meßgerät 4 und dem Regler 5 auf die Gegebenheiten der Anlage eingestellt.
Dabei wird mit maximaler Last bei voll aufgedrehten Verbrauchern begonnen. Durch Abschalten von immer mehr Verbrauchern wird die Wassermenge, die durch das Rücklaufrohr strömt, nach und nach gedrosselt.
In Fig. 2 sind aus Platzgründen nur drei Transistoren mit zugehörigen Relais für zwei Drehzahlstufen dargestellt. Die Schaltung ist - wie schon erwähnt - in gleicher Weise, wie dargestellt, erweiterbar, beispiel- weise auf vier Drehzahlen. die in Fig. 3 durch die Ziffern I bis IV in der Steuereinheit 6 angedeutet sein sollen. Es werden dementsprechend fünf Transistoren mit fünf Relais und fünf Spannungsteilern benötigt. In Fig. 3 sind nur die fünf Relais 10, 11, 12, 19 und 20 dargestellt, die alle einen Hauptkontakt a und einen Hilfskontakt b aufweisen, die starr miteinander verbunden sind. Die Schaltungsanordnung soll so ausgelegt sein, daß die Drehzahlstufe I bei 4,5 V, die Drehzahlstufe 11 bei 6,0 V, die Drehzahlstufe III bei 7,5 V und die Drehzahlstufe IV bei 9,0 V der vom Meßgerät 4 gelieferten Spannung eingeschaltet werden.
Es sei angenommen, daß vom Meßgerät 4 eine Spannung von 4 V geliefert wird. Dadurch wird zunächst der Transistor 21 durchgeschaltet, so daß am Spannungsteiler 13 eine genügend hohe Spannung ansteht, um den Transistor 7 durchzuschalten, der bei einer Spannung von 3 V stromdurchlässig wird. Dadurch wird der Hauptkontakt a des Relais 10 geschlossen, so wie in Fig. 3 dargestellt. Die Schaltungsanordnung ist damit in Bereitschaft.
Wenn die vom Meßgerät 4 gelieferte Spannung über 4,5 V steigt, dann wird auch der Transistor 8 stromdurchlässig und das Relais 11 wird erregt, dessen Hauptkontakt schließt. Damit wird die Spannung von 220 V, welche zwischen Phase L und Nulleiter Nanliegt durchgeschaltet und die Drehzahlstufe I wird für den Elektromotor der Pumpe 3 eingeschaltet.
Bei weiter steigender Spannung am Meßgerät 4, also bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit. wird das Relais 12 erregt. dessen Hauptkontakt a schließt, während sein Hilfskontakt b öffnet und damit die Spannung für das Relais 11 wegschaltet. so daß die Drehzahlstufe I nicht mehr mit Strom versorgt wird. Statt dessen wird die Drehzahlstufe II eingeschaltet. Bei weiter steigender Spannung folgen das Relais 19, dessen Hilfskontakt den Strom für das Relais 12 unterbricht und zum Schluß das Relais 20. dessen Hilfskontakt den Strom für das Relais 19 unterbricht. Bei sinkender Strömungsgeschwindigkeit werden die Relais in umgekehrter Richtung betätigt.
Damit sich kleine Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit und damit geringe Spannungsschwankungen am Ausgang des Meßgeräts 4 nicht mit dauerndem Umschalten der Drehzahl des Elektromotors bemerkbar machen. bleiben die Transistoren der Relais auch dann für einen einstellbaren Zeitraum noch stromdurchlässig, wenn die Spannung des Meßgeräts 4 unter den vom zugehörigen Spannungsteiler vorgegebenen Wert sinkt. Hierzu ist jeweils an die Basis der Transistoren 7,8 und 9 ein Kondensator 22 angeschlossen, der entsprechend seiner Kapazität als zeitlich begrenzte Spannungsquelle dient. Erst wenn die Spannung des Meßgeräts 4 über einen längeren Zeitraum von beispielsweise 2 min. unter dem vorgegeben Wert bleibt. wird der zugehörige Transistor stromundurchlässig. Der Hauptkontakt a des entsprechenden Relais öffnet dann, während sein Hilfskontakt b schließt.
Die Kondensatoren 22, welche als Hilfsspannungsquelle anzusehen sind, werden aufgeladen, sobald der Transistor 21 stromdurchlässig ist. Wenn die vom Meßgerät 4 gelieferte Spannung nach einer längeren Vollastzeit beispielsweise unter 6 V sinkt, dann liegt zwischen der Steuerlinie S und Masse M nur noch 6 V an.
Der Transistor 9 würde dann gesperrt werden, Damit das nicht sofort geschieht, liefert der Kondensator 22 eine Spannung. welche den Transistor 9 noch stromdurchlässig hält. Um zu verhindern, daß der Kondensator 22 zu schnell entladen wird, sind Sperrdioden 23 und 24 vorgesehen. Der Kondensator 22 entlädt sich daher über den Widerstand 25, dessen Größe die Zeitkonstante der Entladung bestimmt.
Wenn die vom Meßgerät 4 gelieferte Spannung unter 3 V sinkt, werden alle Transistoren stromundurchlässig, und zwar auch der Transistor 7, so daß auch der Hauptkontakt a des Relais 10 geöffnet wird, während dessen Hilfskontakt b schließt. Der Elektromotor der Pumpe 3 erhält dann keinen Strom mehr. Die Pumpe 3 bleibt stehen. Dieser Fall tritt ein, wenn von den Verbrauchern der Heizungsanlage keine Wasserversorgung mehr angefordert wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Rücklaufrohr geht dann gegen Null und das Meßgerät 4 liefert keine Spannung mehr.
Wenn dann Verbraucher der Heizungsanlage wieder eingeschaltet werden, erhalten sie keine Versorgung, da die Pumpe 3 stillsteht und mangels Strom auch nicht wieder anläuft. Um diesen Fall auszuschließen, ist ein Zeitrelais 26 vorgesehen, das durch Schließen seines Kontaktes 27 den Elektromotor kurzzeitig über den Hilfskontakt b des Relais 10 an Spannung legt. Die Pumpe 3 läuft dann an. Wenn mindestens ein Verbraucher eingeschaltet ist, ergibt sich im Rücklaufrohr eine Strömung und das Meßgerät 4 liefert eine proportionale Spannung. Es läuft dann der oben geschilderte Vorgang ab. Wenn kein Verbraucher eingeschaltet ist, fällt das Zeitrelais 26 wieder ab. Es schließt dann nach kurzer Zeit erneut.
Die geschilderte automatische Ansteuerung der Drehzahlstufen 1 - IV mit der Schaltungsanordnung nach den Fig. 2 und 3 läuft ab, wenn der Schalter 28 seine in Fig. 3 eingezeichnete Position hat. Sollte in der Schaltungsanordnung einmal eine Störung sein, dann kann die Steuerung auch wie bisher bekannt von Hand vorgenommen werden. Der Schalter 28 braucht dann nur in die entsprechenden Stellungen 1 bis 4 gedreht zu werden.
Die Schaltungsanordnung ist nicht auf Elektromotoren mit zwei oder vier Drehzahlstufen beschränkt. Es können auch Elektromotoren mit drei oder mehr als vier Drehzahlstufen verwendet werden.
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Claims

Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Einstellen der Förderleistung einer durch einen Elektromotor antreibbaren Umwälzpumpe, die im Rohrsystem einer Warmwasser-Heizungsanlage angeordnet ist und deren Elektromotor durch Umschalter stufenweise mit mindestens zwei unterschiedlichen Drehzahlen antreibbar ist, mit welcher das von einem Heizkessel kommende Wasser durch in unterschiedlichen Räumen der Heizungsanlage befindliche Verbraucher gepumpt und über ein Rücklaufrohr zurück zum Heizkessel bewegt wird. dadurch gekennzeichnet, - daß in dem Rücklaufrohr ein die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers erfassendes Meßgerät (4) angebracht ist, das eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale elektrische Spannung liefert - daß mit dem Meßgerät (4) ein an eine Spannungsquelle angeschlossener Regler (5) mit einer der Anzahl der Drehzahlstufen des Elektromotors entsprechenden Anzahl von spannungsabhängig betätigbaren Schaltern verbunden ist. von denen jeder für einen anderen Spannungswert ausgelegt ist, - daß im Stromkreis jedes Schalters ein Relais angeschlossen ist, - daß jedes Relais mit einem Hauptkontakt (a) ausgerüstet ist. der mit einem der für den Elektromotor vorgesehenen Umschalter in einem Stromkreis liegt.und - daß die Relais über einen Hilfskontakt (b) so gegeneinander verriegelt sind, daß immer nur eine der Drehzahlstufen des Elektromotors an Spannung liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeden Schalter ein Bauteil angeschlossen ist, durch welches der Schalter bei Unterschreiten seiner Durchschaltspannung für einen einstellbaren Zeitraum weiter in seiner stromdurchlässigen Stellung gehalten wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet. daß das Bauteil als Kondensator (22) ausgebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet. daß zwischen dem Kondensator (22) und dem Schalter eine Sperrdiode (23) angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Relais jeweils eine Sperrdiode (24) angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet. daß ein Zeitrelais (26) vorhanden ist, durch welches das Relais der kleinsten Stufe bei Stillstand des Elektromotors in zeitlichen Abständen betätigt wird.