DE2311642A1 - CONTROL OF PUMPING SYSTEMS - Google Patents
CONTROL OF PUMPING SYSTEMSInfo
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Description
Ernst Vogel, Stockerau in Stockerau (Österreich)Ernst Vogel, Stockerau in Stockerau (Austria)
Die Erfindung betrifft eine Steuerung von Pumpanlagen mit einer Pumpe, einem Antriebsmotor, einem hydraulischen Speicher, einem Druckgeber und einer Steuereinheit, die in Abhängigkeit von den Verhältnissen im Verbrauchernetz arbeitet, wobei die Einschaltung der Pumpe druckabhängig und deren Ausschaltung auch zeitabhängig erfolgt.The invention relates to a control of pumping systems a pump, a drive motor, a hydraulic accumulator, a pressure transducer and a control unit that works depending on the conditions in the consumer network, the activation of the pump being pressure-dependent and whose deactivation is also time-dependent.
Es ist bekannt, Pumpanlagen von Hand aus ein- bzw. auszuschalten. Dies ist jedoch insbesondere bei der Versorgung mehrerer Entnahmestellen sehr umständlich und entspricht inIt is known to switch pump systems on and off by hand. However, this is especially true when it comes to supply multiple tapping points very cumbersome and corresponds to
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keiner Weise den an moderne Pumpanlagen gestellten Anforderungen. Es sind weiters automatisch arbeitende Pumpanlagen bekannt, bei welchen der Antriebsmotor der Pumpe in Abhängigkeit von den Verhältnissen im Verbrauchernetz ein- bzw. ausgeschaltet wird. Dabei wird versucht, die Anlagekosten durch Verwendung kleiner hydraulischer Speicher möglichst gering zu halten. Dies bedingt aber den Nachteil, daß schon bei relativ kleinen, in der Praxis aber durchaus noch üblichen Entnahmemengen die Schalthäufigkeit für den Pumpenantriebsmotor sehr groß wird, was neben einem stark schwankenden Druckniveau im Verbrauchernetz auch die Gefahr der Beschädigung des Antriebsmotors nach sich zieht.in no way meets the requirements placed on modern pumping systems. There are also known automatically operating pump systems in which the drive motor of the pump in Is switched on or off depending on the conditions in the consumer network. An attempt is made to reduce the investment costs to be kept as low as possible by using small hydraulic accumulators. However, this has the disadvantage that the switching frequency for the Pump drive motor becomes very large, which, in addition to a strongly fluctuating pressure level in the consumer network, also increases the risk damage to the drive motor.
Um den gestellten Anforderungen zu genügen und die angeführten Nachteile zu vermeiden, ist es auch bekannt, eine Steuerung vorzusehen, bei der die Pumpe in Abhängigkeit von dem im Leitungsnetz herrschenden Druck eingeschaltet und in Abhängigkeit von der das Leitungsnetz durchströmenden Plüssigkeitsmenge ausgeschaltet wird. Dabei ist dem Druckschalter ein von der Durchflußmenge bzw. der Strömungsgeschwindigkeit gesteuertes Schaltglied vorgeschaltet, durch welches die Flüssigkeitsleitung zum Windkessel und damit zum druckabhängigen Schaltelement unterbrochen wird, solange eine gewisse Mindestdurchflußmenge durch die Rohrleitung besteht (österr. Patent Nr. 258 721).In order to meet the requirements and to avoid the disadvantages mentioned, it is also known to use a Provide control in which the pump is switched on and depending on the pressure prevailing in the pipe network is switched off depending on the amount of fluid flowing through the pipeline network. This is the pressure switch a switching element controlled by the flow rate or the flow rate is connected upstream which the liquid line to the air chamber and thus to the pressure-dependent switching element is interrupted for as long there is a certain minimum flow rate through the pipeline (Austrian patent no. 258 721).
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Es ist weiters auch bekannt, den Pumpenantriebsmotor durch den im hydraulischen Speicher herrschenden Druck zu steuern, wobei bei Unterschreitung einer unteren Druckgrenze die Pumpe eingeschaltet und bei Überschreitung einer oberen Druckgrenze die Pumpe ausgeschaltet wird. In diesem Fall kann die Schalthäufigkeit durch einen entsprechend großen Unterschied zwischen diesen beiden Druckwerten herabgesetzt werden. Da bei kleinem Netζvolumen im hydraulischen Speicher diese Methode allein nicht mehr ausreicht, ist es weiters bekannt, hierbei den Druckanstieg im hydraulischen Speicher langsamer vor sich gehen zu lassen als im übrigen Verbrauchernetz, Dies wird dadurch erzielt, daß der Eingang in den hydraulischen Speicher abgedrosselt wird. Auch hierdurch kann jedoch das gesamte Volumen des hydraulischen Speichers nicht wesentlich kleiner gehalten werden, als es der halben Minutenförderleistung der Pumpe entspricht.It is also known to carry the pump drive motor to control the pressure prevailing in the hydraulic accumulator, with the pressure dropping below a lower pressure limit The pump is switched on and the pump is switched off when an upper pressure limit is exceeded. In this case the switching frequency can be reduced by a correspondingly large difference between these two pressure values will. Since there is a small net volume in the hydraulic accumulator this method alone is no longer sufficient, it is also known that the pressure increase in the hydraulic accumulator to go slower than in the rest of the consumer network, This is achieved by throttling the input into the hydraulic accumulator. Also because of this However, the total volume of the hydraulic accumulator cannot be kept significantly smaller than half that Minute delivery rate of the pump.
Eine im gleichen Ausmaß gegebene Reduzierung des Volumens des hydraulischen Speichers ermöglicht ein ebenfalls bekanntes Verfahren (österr.Pat.1^1 778), bei dem der Antriebsmotor der Pumpe beim Absinken auf einen festgelegten Mindestdruck, z.B. den Einschaltdruck, eingeschaltet wird, während das Ausschalten des Antriebsmotors der Pumpe nach Ablauf einer festgelegten Zeitspanne erfolgt, die beim Ansprechen eines Schaltorgans oder beim vorhergehenden Ausschalten des Motors zu laufen beginnt. Dieses Verfahren weist jedoch den An equally known method (Austrian Pat. 1 ^ 1 778) enables the volume of the hydraulic accumulator to be reduced to the same extent, in which the drive motor of the pump is switched on when it drops to a specified minimum pressure, e.g. the switch-on pressure, while it is switched off of the drive motor of the pump takes place after a specified period of time, which begins to run when a switching element responds or when the motor is switched off beforehand. However, this method has the
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Nachteil auf, daß es den unterschiedlichen Betriebsverhältnissen nicht gerecht Wird und ein sehr aufwendiges Schaltorgan :, beispielsweise einen Druckschalter, der befähigt ist, zwei Schaltgrenzen zu erfassen, verlangt und daher relativ teuer ist.Disadvantage that it does not do justice to the different operating conditions and a very expensive switching element :, for example a pressure switch that is capable of Detecting two switching limits is required and is therefore relatively expensive.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorstehend angeführten Nachteile zu vermeiden. Insbesondere soll auch die Verwendung noch wesentlich kleinerer hydraulischer Speicher-Gesamtvolumen gleich oder kleiner 1/10 der Minutenförderleistung der Pumpe ermöglicht und gleichzeitig ein wesentlich vereinfachtes Druckschaltorgan verwendbar gemacht werden.The invention is now based on the object of avoiding the disadvantages mentioned above. In particular, should also the use of much smaller total hydraulic storage volumes equal to or less than 1/10 of the minute delivery rate allows the pump and at the same time made a significantly simplified pressure switching element usable will.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß für die druckabhängige Steuerung nur eine einzige, von einem kontaktlos arbeitenden Drucksignalgeber, beispielsweise von einer in Abhängigkeit des Druckes variablen Induktivität, Kapazität oder einem Widerstand, erfaßte Druckgrenze benützt wird, wobei die Einschaltung der Pumpe beim Unterschreiten dieser einen festgelegten Druckgrenze erfolgt und daß die Ausschaltung nur nach Erfüllung beider der zwei nachstehend angeführten voneinander unabhängigen Bedingungen erfolgt, nämlich, daß erstens diese eine Druckgrenze wieder überschritten ist und daß zweitens eine festgelegte Zeitspanne, die in an sich bekannter Weise beim Unterschreiten dieser einen DruckgrenzeThis is achieved according to the invention in that for the pressure-dependent Control only a single, from a contactless working pressure signal transmitter, for example from an in Dependence of the pressure variable inductance, capacitance or a resistance, detected pressure limit is used, wherein the pump is switched on when the pressure falls below a specified limit and that it is switched off occurs only after both of the two mutually independent conditions listed below have been met, namely that firstly, this one pressure limit is exceeded again and secondly, a fixed period of time which is known per se Way when falling below this one pressure limit
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und damit beim Einschalten der Pumpe zu laufen beginnt, verstrichen ist.and thus begins to run when the pump is switched on, has elapsed.
Durch die Wahl dieser Zeitspanne mit 20 bis 50 Sekunden ist es möglich, das Volumen des hydraulischen Speichers auf den zur Deckung der Leckwasserverluste unbedingt notwendigen Wert von maximal 5 Liter zu reduzieren, ohne daß im Verbrauchernetz unangenehme Auswirkungen oder eine Gefährdung des Antriebsmotors auftreten.By choosing this time span with 20 to 50 seconds it is it is possible to reduce the volume of the hydraulic accumulator to what is absolutely necessary to cover the leakage water losses Reduce value by a maximum of 5 liters without causing unpleasant effects or endangering the consumer network of the drive motor occur.
Nachdem diese Druckgrenze mit ausreichender Sicherheit unter dem maximalen Förderdruck der Pumpe liegen muß, kann es sich ergeben, daß dann, wenn das Wiederüberschreiten der Druckgrenze erst nach Ablauf der festgelegten Zeitspanne erfolgt, der hydraulische Speicher beim Abschalten der Pumpe nicht vollständig gefüllt ist. Zum Auffüllen der auf den maximalen Förderdruck der Pumpe wäre dann ein weiterer, die festgelegte Zeitspanne überdauernder Lauf erforderlich. Dieser in den meisten Fällen nicht besonders ins Gewicht fallende Nachteil kann vermieden und die Wirtschaftlichkeit der ganzen Anlage noch erhöht werden, wenn nach einem vorzugsweisen Merkmal der Erfindung eine zweite, maximal 5 Sekunden dauernde Zeitspanne vorgesehen ist, die beim Wiedererreichen dieser einen festgelegten Druckgrenze zu laufen beginnt, unabhängig davon, wie weit der Ablauf der ersten, 20 bis 50 Sekunden dauernden Zeitspanne fortgeschritten ist und daß die Pumpe erst nach Wiederüberschreitung der Druckgrenze und Ablauf beiderAfter this pressure limit must be below the maximum delivery pressure of the pump with sufficient certainty, it can show that if the pressure limit is exceeded again only after the specified period of time has elapsed, the hydraulic accumulator is not completely filled when the pump is switched off. To top up the to the maximum The delivery pressure of the pump would then require a further run lasting the specified period of time. This in the In most cases, the disadvantage that is not particularly significant can be avoided and the profitability of the entire system can still be increased if, according to a preferred feature of the invention, a second period of time lasting a maximum of 5 seconds is provided, which begins to run when this one specified pressure limit is reached again, regardless of how far the expiry of the first 20 to 50 seconds period has progressed and that the pump only after the pressure limit has been exceeded again and both have elapsed
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Zeitspannen abgeschaltet wird.Periods of time is switched off.
Um durch Vermeidung bewegter Teile die Betriebssicherheit der Steuerung zu erhöhen, worden nach einem weiteren vorzugsweisen Merkmal der Erfindung die einzelnen Impulse des kontaktlos arbeitenden Drucksignalgebers oder bzw. und auch des bzw. der den Ablauf der festgelegten Zeitspannen überwachenden Zeitgliedes bzw. Zeitglieder von einem elektronischen Schaltkreis, beispielsweise durch Veränderung der Frequenz eines Schwingkreises erfaßt, der das Schaltelement für den Pumpenantriebsmotor, beispielsweise ein Schütz oder Relais, steuert. Der elektronische Schaltkreis kann das Schaltelement für den Pumpenantriebsmotor, beispielsweise einen Leistungstransistor od.dgl., enthalten und dadurch befähigt sein, den vollen Strom eines elektrischen Pumpenantriebsmotors direkt und kontaktlos zu schalten.In order to increase the operational reliability of the control by avoiding moving parts, a further preferred method has been used Feature of the invention, the individual pulses of the contactless pressure signal transmitter or or and also of the timing element or timing elements from an electronic one that monitors the expiry of the specified time periods Circuit, for example, detected by changing the frequency of a resonant circuit that the switching element for the pump drive motor, for example a contactor or relay, controls. The electronic circuit can do that Switching element for the pump drive motor, for example a power transistor or the like. Contained and thereby be able to switch the full current of an electric pump drive motor directly and without contact.
Zur Erleichterung der Verpackung und auch der Handhabung bei der Aufstellung und der Montage der Pumpenanlage kann schließlich der kontaktlos arbeitende Drucksignalgeber und bzw. oder die in Form von einer oder mehrerer Platinen gefertigte Steuer- und Schaltelektronik in bzw. an Teilen der Pumpanlage, beispielsweise der Pumpe selbst oder deren An triebsmotor, ein- bzw. angebaut sein.To facilitate the packaging and also the handling when setting up and assembling the pump system, the contactless pressure signal transmitter and / or the control and switching electronics manufactured in the form of one or more circuit boards can be installed in or on parts of the pump system, for example the pump itself or its drive motor .
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert .The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
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Es zeigen :Show it :
Die Fig. 1 bis 4 Druck/Zeitablauf-Diagramme und Fig. 5 ein Blockschaltbild der Steuer- und Schaltelektronik.1 to 4 pressure / timing diagrams and 5 shows a block diagram of the control and switching electronics.
In den Fig. 1 bis 1J ist auf der Abszisse der Zeit t und auf der Ordinate der Druck P, z.B. in m Flüssigkeitssäule, aufgetragen. Mit ti ist eine erste, 20 bis 50 Sekunden dauernde Zeitspanne, mit t2 eine zweite, 2 bis 5 Sekunden dauernde Zeitspanne, mit Pmax die maximale Förderhöhe der Pumpe, mit Pp die Förderhöhe der Pumpe bei einer bestimmten Entnahmemenge und mit PD eine festgelegte Schaltgrenze des Drucksignalgebers bezeichnet. Die dicken Linien auf der Zeitachse symbolisieren die Einschaltzeit der Pumpe.In Figs. 1 to 1 J is t and the ordinate, the pressure P, for example in liquid column m, the abscissa represents time. With ti is a first time span of 20 to 50 seconds, with t2 a second time span of 2 to 5 seconds, with P max the maximum delivery head of the pump, with Pp the delivery head of the pump at a certain withdrawal rate and with P D a fixed one The switching limit of the pressure signal transmitter. The thick lines on the time axis symbolize the switch-on time of the pump.
Dem Diagramm nach Fig. 1 ist eine Verbrauchsmenge zugrundegelegt, bei der die Förderhöhe Pp der Pumpe über der Schaltgrenze Pjj liegt. Vom Zeitpunkt 0 ausgehend wird zunächst angenommen, daß der hydraulische Speicher voll gefüllt ist (P1nJ1 x) und die Pumpe steht. Im Punkt 1 beginnend setzt eine konstante Entnahme ein. Die Entnahme wird zunächst aus dem Speicher gedeckt, wodurch der Druck solange absinkt, bis im Punkt 2 die Schaltgrenze PD erreicht ist. Hierdurch wird die Pumpe eingeschaltet und beginnt die erste Zeitspanne ti zu laufen. Bedingt durch die Anlaufzeit der Pumpe sinkt der Druck noch weiter ab, steigt jedoch dann wieder an und übersteigt im Punkt 3 die Druckgrenze PD. Da die Zeitspanne ti noch nicht verstrichen ist, bleibt die Pumpe weiterhinThe diagram according to FIG. 1 is based on a consumption quantity at which the delivery head P p of the pump is above the switching limit Pjj. Starting from time 0, it is initially assumed that the hydraulic accumulator is fully filled (P 1n J 1 x ) and the pump is at a standstill. Starting at point 1, constant withdrawal begins. The withdrawal is initially covered from the memory, whereby the pressure drops until the switching limit P D is reached in point 2. As a result, the pump is switched on and the first time period ti begins to run. Due to the start-up time of the pump, the pressure drops even further, but then rises again and exceeds the pressure limit P D at point 3. Since the time period ti has not yet elapsed, the pump continues to operate
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eingeschaltet. Der Druck steigt langsam weiter, erreicht im Punkt H den Wert Pp und bleibt auf diesem Wert so lange der konstante Verbrauch besteht. Im Punkt 5 schließlich wird die Pumpe nach Ablauf der Zeitspanne ti abgeschaltet. Da weiterhin eine Entnahme erfolgt, sinkt der Druck wieder ab. Der Schaltvorgang wiederholt sich nun solange, bis im Punkt 8 die Entnahme aufhört, wodurch der Druck bis zumswitched on. The pressure continues to rise slowly, reaches the value P p at point H and remains at this value as long as there is constant consumption. Finally, in point 5, the pump is switched off after the time period ti has elapsed. Since a withdrawal continues, the pressure drops again. The switching process is repeated until the removal stops at point 8, which means that the pressure continues until
Wert P im Punkt 6 ansteigt. Die Pumpe wird nach Ablauf maxValue P in point 6 increases. The pump will run max
der Zeitspanne ti im Punkt 7 abgeschaltet und steht bis zur nächsten Entnahme bzw. solange bis das Speichervolumen durch Leckverluste verbraucht ist.the time period ti is switched off in point 7 and is available until next withdrawal or until the storage volume is used up due to leakage.
Beim Diagramm nach Fig. 2 ist eine Verbrauchsmenge angenommen, bei der die Förderhöhe Pp der Pumpe unter der Schaltgrenze PD liegt. Wie beim Diagramm nach Fig. 1 sinkt zunächst der Druck ab, bis im Punkt 2 die Schaltgrenze PD unterschritten wird, wodurch die Pumpe eingeschaltet wird. Gleichzeitig beginnt die Zeitspanne ti zu laufen, bei deren Ablauf die Schaltgrenze PD jedoch noch nicht überschritten ist, weswegen die Zeitspanne ti auf die Schaltung ohne Einfluß ist. Sobald im Punkt 8 die Entnahme beendet wird. steigt der Druck wieder an und wird, sobald die Druckgrenze Pj3 im Punkt 3 überschritten wird, die Pumpe wieder abgestellt. Da der Druck im hydraulischen Speicher nur geringfügig überder Schaltgrenze PD liegt, sinkt er durch Leckverluste auf den unteren Schaltwert ab und schaltet die Pumpe wieder ein.In the diagram according to FIG. 2, a consumption amount is assumed at which the delivery head Pp of the pump is below the switching limit P D. As in the diagram according to FIG. 1, the pressure first drops until it falls below the switching limit P D at point 2, whereby the pump is switched on. At the same time, the time period ti begins to run, but when it expires, the switching limit P D has not yet been exceeded, which is why the time period ti has no influence on the circuit. As soon as the removal is ended in point 8. the pressure increases again and, as soon as the pressure limit Pj is exceeded 3 at point 3, shut off the pump. Since the pressure in the hydraulic accumulator is only slightly above the switching limit P D , it drops to the lower switching value due to leakage losses and switches the pump on again.
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Hierdurch wird der hydraulische Speicher wieder gefüllt, wobei die Pumpe ab dem Punkt 6 bis zum Ende der Zeitspanne ti im Punkt 7 praktisch ohne Förderung weiter eingeschaltet bleibt.This will fill the hydraulic accumulator again, whereby the pump is switched on from point 6 to the end of the period ti in point 7 with practically no delivery remain.
Die Annahmen, die dem Diagramm gemäß Fig. 3 zugrundeliegen, entsprechen denjenigen, die dem Diagramm gemäß Fig. 1 zugrundeliegen, wobei die zweite Zeitspanne t2, die beim Wiederüberschreiten der Schaltgrenze PD zu laufen beginnt, auf den Arbeitsablauf keinen Einfluß hat.The assumptions on which the diagram according to FIG. 3 is based correspond to those on which the diagram according to FIG. 1 is based, the second time period t2, which begins to run when the switching limit P D is exceeded again, has no influence on the workflow.
Die Annahmen, die dem Diagramm gemäß Fig. 4 zugrundeliegen, entsprechen denjenigen, die dem Diagramm gemäß Fig. 2 zugrundeliegen, wobei die zweite Zeitspanne t2 die Pumpe beim Wiederüberschreiten der Druckgrenze PD noch um etwa 3 Sekunden weiterlaufen läßt, in welcher Zeit der hydraulische Speicher sicher bis zur maximalen Förderhöhe der Pumpe gefüllt und damit in seinem Nutzvolumen voll ausgenützt wird.The assumptions on which the graph of Fig. 4 underlie corresponding to those that underlie the diagram according to Fig. 2, wherein the second time period t2, the pump when retransmitting below the pressure limit P D can be further run by about 3 seconds in which time the hydraulic Storage is safely filled up to the maximum delivery head of the pump and thus fully utilized in its usable volume.
In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild für die beispielsweise Ausführung einer elektronischen Steuereinheit mit Zeitgliedern für die beiden Zeitspannen ti und t2 dargestellt. Die Steuereinheit enthält einen als astabilen Multivibrator auegebildeten Oszillator 9, der mit konstanter Frequenz schwingt. Der Ausgang des Oszillators 9 ist an einen Geberkreis 10 geführt. Die Induktivität 11 des Qeberkreises 10 eteilt den Geber für die Erfassung des druckproportionalenIn Fig. 5 is a block diagram for the example of the implementation of an electronic control unit with timing elements for the two time periods ti and t2. The control unit contains an astable multivibrator built oscillator 9, which oscillates at a constant frequency. The output of the oscillator 9 is to an encoder circuit 10 led. The inductance 11 of the Qeberkreises 10 divides the transmitter for the detection of the pressure proportional
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Signales dar. Der Oszillator 9 muß dabei so abgestimmt sein, daß bei einer definierten Induktivität des Druckgebers, die einem Druck über der maximalen Förderhöhe der Pumpe entspricht, der Resonanzfall eintritt. Die so gewonnene Regelspannung folgt der Resonanzfunktion. Die Regelspannung wird gleichgerichtet und einem Schwellwertschalter 12 zugeführt. Dieser gibt bei Erreichen bzw. überschreiten eines einstellbaren Schaltdruckes, der sogenannten Druckgrenze, an eine Logikschaltung ein Signal ab.The oscillator 9 must be tuned so that that with a defined inductance of the pressure transducer, which corresponds to a pressure above the maximum delivery head of the pump, the case of resonance occurs. The control voltage obtained in this way follows the resonance function. The control voltage is rectified and fed to a threshold switch 12. This gives when reaching or exceeding an adjustable Switching pressure, the so-called pressure limit, sends a signal to a logic circuit.
Die Logikschaltung, die aus einem "Und-Gatter" 13 mit negiertem Ausgang und einem "Oder-Gatter" 14 besteht, bewirkt die Verknüpfung der Drucksignale, die vom Schwellwertschalter 12 abgegeben werden und der Zeitsignale aus den beiden Zeit-The logic circuit, which consists of an "AND gate" 13 with negated Output and an "OR gate" 14, causes the linkage of the pressure signals from the threshold switch 12 and the time signals from the two time
und
gliedern ti und t2 steuert schließlich eine Steuerstufe 15, die aus einem Triac, einer Zünddiode und einem Steuertransietor
besteht. Diese Steuerstufe 15 ist bei entsprechender Dimensionierung befähigt, den vollen Strom eines
elektrischen Pumpenantriebsmotors 16 zu schalten.and
divide ti and t2 finally controls a control stage 15, which consists of a triac, an ignition diode and a Steuertransietor. This control stage 15 is capable of switching the full current of an electric pump drive motor 16 if it is appropriately dimensioned.
Mit einer derartigen Anlage werden die den bekannten Anlagen anhaftenden Nachteile in einfacher Weise vermieden.With such a system, the disadvantages inherent in the known systems are avoided in a simple manner.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |