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Gebiet der
Anmeldung
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In
ihrem allgemeineren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine
Tauchpumpe, die von einem Synchronelektromotor mit einem Permanentmagneten
angetrieben wird und insbesondere, aber nicht ausschließlich, für eine untergetauchte
Anlage in Ablaufbecken oder -behältern
oder in einem Abwasser-Flutweg geeignet ist.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung einen Synchronpumpenaufbau, speziell eine
Tauchpumpe, die mit einer Schwimmkörper-Steuervorrichtung ausgestattet ist und
einen Synchronelektromotor mit einem Permanentmagnetrotor umfasst.
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Stand der
Technik
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Wie
dem Fachmann wohlbekannt ist, werden Tauchpumpen dazu verwendet,
um Abwasser-Sammelbehälter
schnell leer zu pumpen oder aber um Fluide, die in einer Vertiefung
strömen,
abzuführen, wobei
es zu deren Ableiten notwendig ist, dass die Flüssigkeit eine bestimmte Höhe übersteigt.
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Eine
typische Anwendung im zivilen Bereich ist das Abpumpen von Abwasser-Sammelbehältern, die
in unterirdischen Räumen
angeordnet sind, welche sich auf einem niedrigeren Niveau als das
entsprechende Abwassernetz befinden.
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Andere
Anwendungen treten im Baubereich zum Ablassen von Wasserkammern
auf, die sich nach dem Ausgraben zum Errichten von Fundamenten gebildet
haben.
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Eine
Schwimmkörper-Steuervorrichtung,
die einen Pegelsensor für
die abzuführende
Flüssigkeit umfasst,
ist allgemein mit einer Tauchpumpe verbunden; der Sensor ermöglicht es,
dass die Pumpe eingeschaltet wird, wenn das Flüssigkeitsniveau über einer
vorbestimmten Schwelle gehalten wird, und die Pumpe ausgeschaltet
wird, wenn das Flüssigkeitsniveau
einen Minimalwert erreicht.
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Das
deutsche Patent
DE 3607466
A beschreibt ein Pumpenaggregat mit einem Schwimmkörper-Pegelregulierer,
der in einer parallel zum Pumpenkorpus angeordneten Führung untergebracht
ist. Die Führung
führt den
Schwimmkörper
im Hinblick auf seine Verdrängungen.
Der Schwimmkörper
umfasst mindestens einen Magneten (
15), der zumindest auf
einen das Ansteuern des Reglers steuernden Hall-Generator einwirkt.
Eine Steuervorrichtung verbindet den Hall-Generator und Schalter, die
zum Überwachen
der Pumpenfunktionen „einschalten
und ausschalten" vorgesehen
sind.
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Solche
Pumpen sind in vorteilhafter Weise mit Permanentmagnet-Synchronmotoren realisiert, die
preiswert und sehr zuverlässig
sind, und ihr einziger Nachteil besteht darin, dass sie aufgrund
der Notwendigkeit, die vor dem Erreichen eines konstanten Synchronismuszustands
anfängliche
Lastträgheit
zu überwinden,
schwer einzuschalten sind.
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Es
können
mehrere Lösungen
angewendet werden, um diesen Nachteil zu überwinden, zum Beispiel dadurch,
dass die Verwendung von praktischen elektronischen Treiberkreisen
vorgesehen wird oder eine an fängliche
mechanische Entkopplung zwischen der Motorzentralwelle und dem Pumpenlaufrad
vorgesehen wird.
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Auf
jeden Fall ist bei Synchrontauchpumpen die Schwimmkörper-Steuervorrichtung,
die im Hinblick auf den Pumpenkorpus generell schwimmt, dafür verantwortlich,
dass die Pumpe eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.
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Diese
Schwimmkörper-Steuervorrichtungen sind
nicht immer in der Lage, auch den Ausschaltschritt wirksam einzustellen,
insbesondere wenn die Pumpe anfängt,
nach dem fast vollständigen
Ablassen der Tanks, in die sie eingetaucht ist, Luft anzusaugen.
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Insbesondere
passiert es oft, dass, wenn nur noch wenig Wasser abzuführen ist,
ein kontinuierliches und aufeinander folgendes Ein- und Ausschalten
die Pumpensteuervorrichtung und/oder die Pumpe selbst beschädigen kann.
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Ein
erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tauchpumpe mit
einer Schwimmkörper-Steuervorrichtung,
die im Pumpenkorpus aufgenommen ist, vorzusehen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tauchpumpe
rnit einer Schwimmkörper-Steuervorrichtung
vorzusehen, die von einem Anwender eingestellt werden kann, um die
unterschiedlichen automatischen und manuellen Pumpenbetriebsweisen
auszuwählen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Tauchpumpe mit einer Schwimmkörper-Steuervorrichtung
vorzusehen, die einen einfachen Aufbau besitzt und zuverlässig ist
sowie geringe Kosten verursacht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
und weitere Ziele werden durch einen Pumpenaufbau erreicht, wie
er zuvor angegeben und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schwimmkörper der
Steuervorrichtung in einem Hüllkörper aufgenommen
ist, der außen
mit dem Pumpenkorpus verbunden ist, und ein Sensorelement der Steuervorrichtung
ist im Pumpenkorpus in Übereinstimmung mit
dem Schwimmkörper
untergebracht.
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Die
Merkmale und Vorteile des Pumpenaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung
sind aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform,
die als nicht einschränkendes
Beispiel angegeben ist, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Vertikalschnittansicht eines Pumpenaufbaus, der
gemäß der vorliegenden
Erfindung realisiert ist;
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2 ist
eine perspektivische schematische Ansicht eines Pumpenaufbaus, der
gemäß der vorliegenden
Erfindung realisiert ist;
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3 ist
eine perspektivische schematische Durchsichtsansicht eines oberen
Abschnitts der Pumpe der 2;
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4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Schwimmkörper-Steuervorrichtung,
die in der Pumpe gemäß der Erfindung
aufgenommen ist;
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5 ist
eine schematische Schnittansicht einer Schwimmkörper-Steuervorrichtung, die
in dem Pumpenaufbau gemäß der Erfindung
aufgenommen ist;
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6 ist
eine schematische Ansicht von oben auf einen ersten Betriebsmodus
der Pumpe gemäß der Erfindung;
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7 ist
eine schematische Ansicht von oben auf einen zweiten Betriebsmodus
der Pumpe gemäß der Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung
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Mit
Bezug auf die Figuren und insbesondere auf die Beispiele der 4 und 5 ist
ein Synchronpumpenaufbau allgemein und schematisch mit 1 angegeben,
insbesondere eine Tauchpumpe, die unter Wasser in Flüssigkeitssammelbecken
oder -behältern
aufgestellt ist.
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Die
Pumpe 1 hat einen weitgehend kegelstumpfförmigen Korpus 15,
der im oberen Teil mit einem Deckel 18 ausgestattet ist,
welcher einen oberen Abschnitt 12 des Pumpenkorpus 15 bedeckt.
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Die
Pumpe 1 wird von einem Synchronelektromotor 2 eingeschaltet,
der sowohl vom mechanischen Einschalt-Typ als auch vom elektronikgestützten Einschalt-Typ
sein kann.
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Der
Elektromotor 2 der Pumpe 1, die in 1 gezeigt
ist, umfasst einen Ständer 10 und
einen weitgehend zylindrischen mittigen Permanentmagnetrotor 8.
Der Motor 2 hat eine Achse X-X, die weitgehend rnit der
Drehachse des Rotors 8 zusammenfällt.
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Der
Ständer 10 umfasst
asymmetrische Polstücke,
die in der 1 gezeigt sind.
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Eine
Welle 5 des Motors 2, die integral mit dem Rotor 8 verbunden
ist, hat ein Ende, das kinematisch mit einem Pumpenlaufrad 9 verbunden ist, das
in einer im unteren Teil des Korpus der Pumpe 1 angeordneten
Einlasskammer 6 untergebracht ist.
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Die
Kammer 6 befindet sich in Fluidverbindung mit einem Abwasserkanal 7,
der sich vertikal und weitgehend parallel zur Achse des Motors 2 erstreckt.
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Der
Betrieb der Pumpe 1 wird durch eine elektronische Einschalt-
und Ausschalt-Vorrichtung eingestellt, die schematisch in den 6 und 7 in
Form von Komponenten gezeigt ist, die auf einer elektronischen Leiterplatte 28 aufgebaut
sind und mit einer gemäß der Erfindung
realisierten Schwimmkörper-Steuervorrichtung 3 verriegelt
sind.
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Die
Steuervorrichtung 3 umfasst einen Pegelsensor 4 für die Flüssigkeit,
wobei die Pumpe untergetaucht ist. Dieser Sensor 4 kann
auf verschiedene Weise realisiert sein, zum Beispiel: mechanisch oder
elektromechanisch, optisch, piezoelektrisch oder mittels Radar.
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Allerdings
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung der Sensor 4 vorzugsweise ein magnetisch arbeitender
mit Hall-Effekt.
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Günstigerweise
ist die Steuervorrichtung 3 in einem Hüllkörper 11 untergebracht,
der im oberen Teil 12 des Pumpenkorpus angeordnet ist.
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Der
Hüllkörper 11 umfasst
einen weitgehend zylindrischen, napfförmigen Basisabschnitt 13,
der drehbar auf dem oberen Teil 12 des Pumpenkorpus angebracht
ist.
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Die
Basis 13 besitzt einen Seitenabschnitt 23, der
mit einem Gitter 29 ausgestattet ist, das den inneren Teil
des Hüllkörpers 11 in
Fluidverbindung mit der äußeren Umgebung
versetzt. Im Inneren ist nahe diesem Seitenabschnitt 23 ein
halbzylinderförmiges Filterelement 14 vor gesehen,
dessen Funktion nachfolgend erläutert
wird. Das Filter 14 wird von zwei gegenüberliegenden Abschlussplatten 24, 30 in
Position gehalten, die teilweise zum inneren Teil des Hüllkörpers 11 hin
vorstehen.
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Ein
Schwimmkörper 16 ist
im Inneren des Hüllkörpers 11 untergebracht.
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Der
Schwimmkörper 16 wird
durch einen hohlzylindrischen Kunststoffkörper gebildet und ist im unteren
Teil mit einem Permanentmagnet 19 ausgestattet. Insbesondere
umfasst dieser Schwimmkörper 16 einen
napfförmigen
unteren Abschnitt, der in der Mitte den scheiben- oder tastenförmigen Magnet 19 aufnimmt.
Ein oberer zylinderförmiger
Abschnitt, der am oberen Ende verschlossen ist, wird auf den unteren
Schwimmkörperabschnitt
pressgepasst, der im Inneren mit einer mittigen, sich axial erstreckenden
Stange 31 ausgestattet ist, der ein freies Ende aufweist,
das zur Anlage am Magnet 19 geeignet ist, um diesen in
Position zu halten.
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Der
Schwimmkörper 16 hat
in seinem unteren Teil eine Lagerspitze, die ihn in Bezug auf den Boden
der Basis 13 in einer leicht erhöhten Position hält.
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Ein
Deckel 20 ist auf der Basis 13 befestigt und begrenzt
damit eine Kammer des Hüllkörpers 11, wobei
sich der Schwimmkörper 16 frei
im nicht vom Filter eingenommenen Abschnitt bewegen kann. Der Deckel 20 hat
einen Ansatz 22, der von einem Benutzer betätigt werden
kann, um mit einer vorbestimmten Winkelamplitude, zum Beispiel zwischen
90° und 180°, die Position
des Schwimmkörpers 16 in
der Horizontalebene einzustellen.
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Insbesondere
sich kann der Schwimmkörper 16 in
der durch die beiden Abschlussplatten 24, 30 begrenzten
Kammer frei bewegen, die im Inneren in der Basis 13 ausgebildet
sind und im Inneren des Hüllkörpers 11 vorstehen.
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Der
Wasserzugang, der die Bewegung des Schwimmkörpers 16 bestimmt,
wird durch die gitterartige Wand 29 sichergestellt, die
in der Seitenwand 23 der Basis 13 gezogen ist.
Das Filter 14 ist innerhalb der gitterförmigen Wand 29 angeordnet,
um zu verhindern, dass Schwebekörper
oder andere Kontaminanten den Schwimmkörper 16 kontaktieren
und dessen freie Bewegung gefährden.
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Eine
elektronische Leiterplatte 28, die zum Unterbringen der
elektronischen Einschalt- und Ausschaltvorrichtung der Pumpe geeignet
ist, ist günstigerweise
im Pumpenkorpus 15 in einer Position untergebracht, die
genau der Schwimmkörper-Steuervorrichtung 3 zugrunde
liegt.
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Wie
in der 5 gezeigt ist, ist die Leiterplatte 28 an
einem Ende mit einem Hall-Fühler 27 ausgestattet,
der auf einer Leiterplattenoberfläche in einer Position untergebracht
ist, die dem Permanentmagnet 19 des Schwimmkörpers 16 gegenüberliegt.
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Allerdings
kann die bewegliche Position des Schwimmkörpers 16 eine hin-
und hergehende Wegbewegung vom und Annäherung an den Magneten 19 mit
dem Hall-Fühler 27 vorsehen,
aber auch einen Versatz des Fühlers 27 und
des Magnets 19, wie aus der nachfolgenden Beschreibung
ersichtlich wird.
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Eine
isolierende Harzschicht 25 trennt die Leiterplatte 28 von
der Innenwand des Pumpenkorpus 15 genau zwischen dem Hall-Fühler und
dem Magnet 19.
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Darüber hinaus
isoliert auch die obere Wand des Pumpenkorpus 15 den Hall-Fühler 27 und
den Magneten 19, so dass alle Strom führenden Schaltungsteile eine
doppelte Isolation im Hinblick auf den inneren Bereich des Wasser
enthaltenden Hüllkörpers 11 aufweisen.
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Die
beiden unterschiedlichen Betriebsarten der Pumpe 1 gemäß der Erfindung
werden nun gemäß den beiden
unterschiedlichen präzisen
Positionen des Magnets 19 im Hinblick auf den Hall-Fühler 27 der
Leiterplatte 28 beschrieben:
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A: AUTOMATISCHER BETRIEB
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Die
vertikale Achse des Schwimmkörpers 16 fällt mit
der Achse des Hall-Fühlers 27 zusammen.
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Der
Schwimmkörper 16 liegt,
wenn die Pumpe nicht vollständig
untergetaucht ist, an der oberen Wand des Pumpenkorpus 15 an
und daher fühlt
der Fühler 27 den
Magneten 19.
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Wenn
der Wasserspiegel steigt und den Schwimmkörper 16 anhebt, verlässt der
Permanentmagnet 19 den Empfindlichkeitsbereich des Hall-Fühlers 27 und
die Steuervorrichtung 3 macht es möglich, dass die Pumpe 1 eingeschaltet
wird.
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Wenn
der Wasserspiegel fällt,
gelangt der Schwimmkörper 16 zurück in die
Ruheposition, der Hall-Fühler 27 fühlt wieder
den Magnet 19 und die Steuervorrichtung 3 gibt
ein Übereinstimmungs-Signal
aus, um die Pumpe 1 auszuschalten.
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Die
Pumpenausschaltung tritt daher dann auf, wenn zwei Bedingungen gleichzeitig
erfüllt
sind:
- – Schwimmkörper in
Ruheposition;
- – mögliche Luft
in der Laufradkammer.
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B: MANUELLER BETRIEB
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Die
Vertikalachse des Schwimmkörpers 16 fällt nicht
mit der Achse des Hall-Fühlers 27 zusammen,
so dass der Fühler 27 niemals
den Magnet 19 erfasst.
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Diese
Situation wird von der Steuervorrichtung 3 dahingehend
ausgewertet, dass die Pumpe immer untergetaucht ist und sich daher
selbst mit Luft in der Laufradkammer immer bewegt.
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Aus
der vorherigen Beschreibung ist ersichtlich, wie die Schwimmkörper-Steuervorrichtung
gemäß der Erfindung
es ermöglicht,
dass die Tauchpumpe wirksam angetrieben wird und Vakuumbetriebsituationen
vermieden werden.
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Die
so ausgestattete Pumpe ist kompakter und sie umfasst im Wesentlichen
eine Funktion, die vorher von externen Komponenten benötigt werden.
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Durch
den Pumpenaufbau gemäß der Erfindung
ist auch ein Sammelbecken der abzugebenden Flüssigkeiten nicht notwendig,
da die Pumpe mit allen notwendigen Komponenten perfekt arbeiten kann.
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Es
ist offensichtlich, dass sich auch der weitere Vorteil der niedrigeren
Herstellungskosten für
die ganze Pumpe von den obigen Vorteilen ableitet.