DE60309123T2

DE60309123T2 - Vorrichtung zur Betätigung von elektrischen angetriebenen Pumpen für Flüssigkeitsabgabesysteme

Info

Publication number: DE60309123T2
Application number: DE60309123T
Authority: DE
Inventors: Dario Bedin; Bruno Franchetti; Ruby Cegalin
Original assignee: DAB Pumps SpA
Current assignee: DAB Pumps SpA
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2023-12-02
Also published as: EP1431583B1; DE60309123D1; EP1431583A2; EP1431583A3; ATE343066T1; ES2274162T3; ITPD20020330A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung von elektrischen Pumpen für Wasserverteilungssysteme.
Die Vorrichtung wird vor allem, aber nicht ausschließlich in Wasserverteilungssystemen verwendet.
Auf dem Gebiet von Betätigungsvorrichtungen für elektrische Pumpen gibt es gegenwärtig einen Untermenge verschiedener Systeme, die sich hauptsächlich in drei große Gruppen unterteilen lassen: druckgesteuerte Betätigungsvorrichtungen, druck- und durchflussgesteuerte Betätigungsvorrichtungen und Gleichdruck-Betätigungsvorrichtungen (diese verwenden einen Umwandler).
Druck- und durchflussgesteuerte Betätigungsvorrichtungen weisen einen Durchflusssensor (durchflussgesteuerter Schalter), der allgemein vom An/Aus-Typ ist, um den Durchfluss „0" (Referenzdurchfluss mit maximalen Druck) zu bestimmen, und einen Drucksensor auf, um den „Start-P" oder den Druck zu messen, der die Pumpe in Betrieb setzen muss.
Das Einschalten der Pumpe erfolgt auf zwei Arten:

– infolge des Durchflusses, wenn vom System eine unmittelbare Nachfrage nach Durchfluss (größer als die eingestellte Durchflussratengrenze, die z. B. auf etwa 3 l/min eingestellt ist) kommt, wie z. B. beim Öffnen eines Hahns;
– infolge des Drucks, wenn im System ein Tröpfeln auftritt oder eine geringe Durchfluss-Nachfrage besteht (geringer als die eingestellte Durchflussratengrenze, die z. B. auf etwa 3 l/min eingestellt ist), was einen Druckabfall verursacht.

Das Ausschalten der Pumpe erfolgt dagegen nur infolge des Durchflusses, d.h. der durchflussgesteuerte Schalter überprüft, ob der „0"- Durchflusszustand oder eine Durchflussrate im System, die niedriger ist als die eingestellte Durchflussratengrenze ist, erreicht wurde.
Obwohl dieser Betätigungstyp dank einer einfachen Konstruktion und Einstellung allgemein verwendet wird und weit verbreitet ist, zeigt er noch immer ungelöste Probleme.
Wenn beispielsweise der kombinierte druck- und durchflussgesteuerte Schalter immer am Punkt „P max" stoppt, der dem Fließpunkt „0" entspricht, bedeutet dies, dass das System konstant auf dem von der Pumpe erzeugten maximalen Druck gehalten wird.
Wenn die Pumpe im System überdimensioniert ist oder die Steuerung des Drucks im Pumpeneinlass mangelhaft ist (was in Hausanlagen häufig der Fall ist) kann eine Situation eintreten, in der der „P max" zu hoch ist und die Dichtigkeit der Sicherheitsventile der Sanitärinstallationen erheblich beeinträchtigt, wobei starke Beanspruchungen, die verschiedene Vorrichtungen beeinträchtigen, und mögliche Überflutungen auftreten.
Weitere Vorrichtungen zum Betätigen von elektrischen Pumpen sind auch bekannt aus US 5 240 380 A , EPO 390 627 A, JP 54 069802 A , DE 42 43 118 A oder US 6 234 759 B .
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Betätigung von elektrischen Pumpen für Wasserverteilungssysteme anzugeben, die die vorstehenden Nachteile aus dem Stand der Technik löst.
Innerhalb dieses Ziels besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Betätigung von elektrischen Pumpen für Wasserverteilungssysteme vorzusehen, die den Druck reduziert und dabei keine Lastverluste verursacht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Betätigung von elektrischen Pumpen für Wasserverteilungssysteme, die den Druck nur in der Umgebung des Maximaldruckes reduziert, wodurch Effizienz und Leistung im übrigen Betriebsbereich der Pumpe unverändert erhalten werden.
Außerdem ist es ein Anliegen der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Betätigung von elektrischen Pumpen für Wasserverteilungssysteme anzugeben, die physisch ein separates Modul ist, das problemlos an eine Standardpumpe angebracht werden kann, um diese zu einer Pumpe mit gesteuerter Betätigung umzurüsten.
Dieses Ziel sowie diese und weitere Aufgaben, die im folgenden besser hervortreten, werden durch eine Vorrichtung zur Betätigung von elektrischen Pumpen für Wasserverteilungssysteme erzielt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen hohlen hydraulischen Körper umfasst, der an eine elektrische Pumpe mit einem einphasigen Elektromotor anzuschließen ist und intern eine Hauptleitung mit Endverbindern zum Verbinden mit dem Hydrauliksystem bildet, wobei die Hauptleitung einen durchflussgesteuerten Schalter enthält, der mit einem Drucksensor zusammenwirkt, der mit dem Körper verbunden und an eine elektronische Druckreduziereinheit gekoppelt ist, die arbeitet, indem sie die Drehzahl des Motors entsprechend einer Spannungsänderung reduziert, die zwischen einer in einer Hauptwicklung des Motors und einer in der Stromversorgungsleitung erzeugten Spannungsänderung gewählt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Studium der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausführung der Erfindung ersichtlich werden, die anhand eines nicht einschränkend angegebenen Beispiels in den anliegenden Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine erste Schnittdarstellung entlang einer Längsebene einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
2 eine zweite Schnittdarstellung entlang der Linie II-II der 1;
3 eine dritte Schnittdarstellung entlang der Linie III-III der 1;
4 ein Q-H-Durchflussratendiagramm (Druck) einer Pumpe, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist;
5 und 6 zeigen zwei Schritte der Montage der Vorrichtung nach der Erfindung an eine Pumpe.
Wie in den Figuren gezeigt, umfasst eine Vorrichtung zur Betätigung von elektrischen Pumpen für Wasserverteilungssysteme einen hohlen hydraulischen Körper, allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet, der an eine elektrische Pumpe 11 anzuschließen ist, die einen einphasigen Elektromotor hat. Dies wird im Folgenden verdeutlicht.
Der hydraulische Körper 10 ist mit einer kleinen Kompensationskammer 12 versehen, die durch eine Membran 13, welche so angeordnet ist, dass ihre Ränder mit einem Flansch 15 auf deren Öffnung 14 liegen, und durch eine gewölbte Abdeckung 16 gebildet wird, welche die Anordnung schließt und mittels Schrauben 17 an dem Flansch 15 befestigt ist.
Die Membran 13 ist dazwischen angeordnet und mittels der Ränder zwischen dem Flansch 15 und der Abdeckung 16 befestigt.
Der hydraulische Körper 10 bildet intern eine Hauptleitung 18, deren Achse senkrecht zur Achse der Abdeckung 16 ist, mit Endverbindern 19 und 20 zum Verbinden mit dem Hydrauliksystem, welches der Einfachheit wegen nicht in den Figuren dargestellt ist.
Ein durchflussgesteuerter Schalter 21 ist in der Hauptleitung 18 angeordnet und besteht aus einen scheibenförmigen Durchflussregelelement 22 mit einem Dichtring 23, der auf einen Sitz 24 des Körpers 10 wirkt.
Das Durchflussregelelement 22 hat auf einer Seite längliche periphere Nasen 25 zum Einführen in die Leitung 18 und auf der abgewandten Seite eine axiale Stange 26, die von einer zylindrischen Schraubenfeder 27 umgeben ist, die zwischen dem Durchflussregelement und einem rohrförmigen Element 28, das in der Leitung 18 angeordnet ist und in das die Stange 26 hineintritt, zusammengedrückt wird. Dabei drückt die Feder das Durchflussregelelement derart, dass es eine Dichtung gegen den Sitz 24 bildet.
Ein bekannter analoger Drucksensor 29 ist in einem Sitz 30 angeordnet, der in einem Vorsprung 31 eines halbkastenförmigen Körpers 32 ausgebildet ist, der mit Schrauben 33 an dem hydraulischen Körper 10 befestigt ist, der rechtwinklig zur Kammer 12 und parallel zur Längsachse der Hauptleitung 18 ist.
Der analoge Drucksensor 29 ist mit dem hydraulischen Körper 10 mittels einer ersten Sekundärleitung 34 verbunden, die in dem Vorsprung 31 gebildet wird und einen Temperatursensor des NTC-Typs (nicht in den Figuren gezeigt) hat.
Zwischen dem Vorsprung 31 und dem hydraulischen Körper 10 sind Dichtringe 35 angeordnet.
Für eine exakte Druckmessung ist der Sensor 29 auf der von der ersten Sekundärleitung 34 abgewandten Seite mittels einer zweiten Sekundärleitung 36, die in dem halbkastenförmigen Körper 32 angeordnet ist, mit dem atmosphärischen Druck verbunden.
Die Anordnung des Drucksensors 29 sitzt auf einer elektronischen Platine 37, die im Inneren des halbkastenförmigen Körpers 32 befestigt ist.
Die elektronische Platine 37 umfasst eine elektronische Druckreduziereinheit (nicht in den Figuren gezeigt), die den Druck durch Reduzierung der Drehzahl des elektrischen Motors reduziert, wobei keine Lastverluste (anders als bei mechanischen Druckreduziereinheiten) entstehen.
Der Druck wird nur in dem Bereich, der als „kritisch" angesehen wird, d. h. nahe dem Maximaldruck, reduziert. So bleiben Leistung und Effizienz im übrigen, „tatsächlichen" Betriebsbereich der Pumpe unverändert.
Die Reduzierung der Drehzahl des Motors erfolgt nur durch Änderung der Spannung der Hauptwicklung des besagten einphasigen Elektromotors.
Es wird ebenfalls eine Ausführung angegeben, die durch Spannungsänderung der Stromversorgungsleitung wirkt.
Die Spannungsänderung wird insbesondere durch Reduzierung der Wellenform der Spannung mittels eines Triacs 38 erreicht oder durch Wiederherstellung der Amplitude der Wellenform der Spannung durch MOSFET (PWM-Technologie) (nicht gezeigt).
Da durch beide Strom hindurchfließt, überhitzen sie aufgrund des Joule-Effektes und müssen deshalb gekühlt werden.
Auf dem Gebiet der Elektronik wird diese Komponente in der Regel durch Konvektion gekühlt, d. h. mittels einer an ihr maschinell angebrachten Aluminiumlamelle.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der Triac 38 dynamische Kühlung, die erfolgt, indem der Triac an einem Messingeinsatz 39 anliegt, der in dem hydraulischen Körper 10 in Kontakt mit der gepumpten Flüssigkeit vorhanden ist.
Zur Isolierung zwischen dem Triac 38 und dem Einsatz 39 wird eine Schicht und vorzugsweise zwei oder mehrere Schichten 40 dazwischen angeordnet, die entsprechend den Richtlinien jeweils 1 mm dick sein müssen und aus Aluminiumoxid bestehen. Dieses Material hat eine hohe Isolierfähigkeit bei ebenso guter Wärmeleitfähigkeit.
Für die Anwendung wird der Druck mithilfe des Sensors 29 abgelesen, und durch Interpolierung des Spannungsänderungswertes mit dem Druckwert wird die in 4 in Strichlinie dargestellte Kurve erreicht (Ändern ausgehend von der kontinuierlichen stabilen Kurve der Pumpe im Standardbetrieb).
Mit einer regelmäßigen und automatischen Aktualisierung des Ablesens der Druckdaten mittels Interpolierung der Spannungsänderung kann das System die Drehzahl des Motors ändern und entsprechend z. B. den Wert
P max – 20 %
konstant halten, bis die ursprüngliche, in der Kurve aufgetragene Leistung erreicht ist.
Zur Einstellung des Druckabschnittes zwischen P max und P max – 20 mittels eines Trimmers (in den Figuren nicht gezeigt) ist es möglich, den in der Pumpe erzeugten Druck zu reduzieren oder normal zu halten.
Wenn die Vorrichtung mittels des im Drucksensor 29 integrierten Temperatursensors eine Innentemperatur erfasst, die niedriger ist als eine eingestellte Temperatur, beispielsweise +2–3 °C, startet die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schutz der Pumpe gegen Eis mittels einer von einem Mikrocontroller durchgeführten Steuerung eine Vielzahl an Zwangsaktivierungen, um die Flüssigkeit in der Pumpe in Bewegung zu halten und dadurch ihr Gefrieren und folgliches Kristallisieren zu verhindern.
Wenn die Temperatur sinkt, werden die Zwangsaktivierungen entsprechend denen zuvor während des Fertigungsprozesses am Mikrocontroller bestimmten Einstellungen häufiger und dauern länger, wodurch die Pumpe bis zu einer Grenztemperatur von z. B. –10 °C geschützt ist.
Die Vorrichtung nach der Erfindung (5 und 6) ist in einem halbkastenförmigen Modul 50 eingeschlossen, das an eine Standardpumpe 11 angebracht werden kann, um diese zu einer Pumpe mit gesteuerter Betätigung umzurüsten. Dies erfolgt mithilfe der einfachen Schritte: Entfernen einer Endabdeckung 41 von der Standardpumpe 11, Anbringen eines Verbinders 42 an der Pumpe 11, und Montage des Moduls 50. Mittels einfacher Abläufe erhält man somit ein automatisches kompaktes Produkt.
In der Praxis ist festgestellt worden, dass die beschriebene Erfindung die vorstehenden Nachteile im Stand der Technik gelöst hat.
Es wird in der Tat eine Vorrichtung zur Betätigung von elektrischen Pumpen für Wasserverteilungssysteme bereitgestellt, welche eine Reduzierung des Drucks erzielt und dabei keine Lastverluste verursacht.
Der Druck wird jeweils auf einem Niveau gehalten, der sich nicht auf die Dichtigkeit der Sicherheitsventile der Sanitärinstallationen auswirkt und keine starken Beanspruchungen verursacht, die verschiedene Vorrichtungen beeinträchtigen.
Die Vorrichtung reduziert den Druck nur im Bereich des Maximaldruckes, wodurch Effizienz und Leistung im übrigen Betriebsbereich der Pumpe unverändert erhalten werden.
Außerdem ist die Vorrichtung physisch ein separates Modul, das problemlos an eine Standardpumpe angebracht werden kann, um diese zu einer Pumpe mit gesteuerter Betätigung umzurüsten.
Die so konzipierte Erfindung erlaubt im Rahmen der beigefügten Ansprüche zahlreiche Änderungen und Abwandlungen. Alle Einzelheiten können ferner durch technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.
In der Praxis können die verwendeten Materialien, sofern sie für die spezielle Verwendung geeignet sind, sowie die Maße beliebig sein, vorausgesetzt sie entsprechen den Anforderungen und dem Stand der Technik.
Dort, wo technischen Merkmalen in einem beliebigen Anspruch Bezugszeichen folgen, wurden diese Bezugszeichen einzig der besseren Verständlichkeit der Ansprüche wegen eingefügt und haben entsprechend keine einschränkende Wirkung auf die Interpretation jedes Elements, das mittels solcher Bezugszeichen beispielhaft bezeichnet ist.

Claims

Vorrichtung zur Betätigung von elektrischen Pumpen für Wasserverteilungssysteme, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen hohlen hydraulischen Körper (10) umfasst, der an eine elektrische Pumpe (11) mit einem der an eine elektrische Pumpe (11) mit einem einphasigen Elektromotor anzuschließen ist und intern eine Hauptleitung (18) mit Endverbindern (19, 20) zum Verbinden mit dem Hydrauliksystem bildet, wobei die Hauptleitung (18) einen durchflussgesteuerten Schalter (21) enthält, der mit einem Drucksensor (29) zusammenwirkt, der mit dem Körper (10) verbunden und an eine elektronische Druckreduziereinheit gekoppelt ist, die arbeitet, indem sie die Drehzahl des Motors entsprechend einer Spannungsänderung reduziert, die zwischen einer in einer Hauptwicklung des Motors und einer in der Stromversorgungsleitung erzeugten Spannungsänderung gewählt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (29) analog ist und in einem Sitz (30) angeordnet ist, der in einem Vorsprung (31) eines halbkastenförmigen Körpers (32) ausgebildet ist, der mit Schrauben (33) an dem hydraulischen Körper (10) befestigt ist, der zur Längsachse der Hauptleitung (18) parallel ist, wobei der Drucksensor (29) mittels einer ersten, in dem Vorsprung (31) gebildeten Sekundärleitung (34) mit dem hydraulischen Körper (10) und auf der von der ersten Sekundärleitung (34) abgewandten Seite mittels einer zweiten Sekundärleitung (36), die in dem halbkastenförmigen Körper (32) angeordnet ist, mit dem atmosphärischen Druck verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der analoge Drucksensor (29) einen Temperatursensor enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Drucksensors (29) auf einer elektronischen Platine (37) sitzt, die im Inneren des halbkastenförmigen Körpers (32) angebracht ist und die elektronische Druckreduziereinheit umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsänderung erreicht wird durch Wählen zwischen den Verfahren des Reduzierens der Wellenform der Spannung mittels eines Triacs (38) und des Wiederherstellens der Amplitude der Wellenform der Spannung durch MOSFET (PWM-Technologie).
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Triac (38) oder MOSFET bei Kontakt gegen einen metallischen Einsatz (39) gekühlt wird, der in dem hydraulischen Körper (10) in Kontakt mit der gepumpten Flüssigkeit vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Triac (38) oder MOSFET und dem Einsatz (39) mindestens eine Schicht (40) aus Aluminiumoxid angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Trimmer zum Einstellen des maximalen Istdrucks für einen gesteuerten Betrieb der Pumpe (11) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Körper (10) mit einer Kompensationskammer (12) versehen ist, deren Achse senkrecht zur Achse der Hauptleitung (18) ist, wobei die Kammer durch eine Membran (13), die auf einer ihrer Öffnungen (14) mit einem Flansch (15) angeordnet ist, und durch eine gewölbte Abde ckung (16) gebildet wird, welche die Anordnung schließt und mittels Schrauben (17) an dem Flansch (15) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie, wenn der in dem Drucksensor (29) integrierte Temperatursensor mittels einer von einem Mikrocontroller durchgeführten Steuerung eine Innentemperatur erfasst, die niedriger ist als eine eingestellte Temperatur, eine Vielzahl an Zwangsaktivierungen startet, die während des Fertigungsprozesses festgelegt wurden, um die Flüssigkeit in der Pumpe in Bewegung zu halten und dadurch ihr Gefrieren und folgliches Kristallisieren zu verhindern.
Elektrische Pumpe, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfasst.