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Automatisches Steuer- und Regelsystem für eine Pumpenanordnung Die
Erfindung betrifft ein automatisches Steuer- und Regelsystem für eine Pumpenanordnung
und insbesondere für Brunnen-und Bohrloch-Pumpenanordnungen. Die vorliegende Erfindung
betrifft weiterhin ein Wasserdrucksystem, das mit einem automatischen Steuer- und
Regel system umfasst werden soll.
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Pumpenanordnungen mit einem automatischen Steuer bzw. Regelsystem
sind normalerweise mit einem Trockenlauf-Abschaltrelais ausgerüstet, das einen Pumpenmotor
abschaltet, wenn die Pumpe keine Flüssigkeit pumpt, also im Trockenlauf arbeitet,
was beispielsweise dann der Fall ist, wenn Luft durch eine fehlerhafte oder undichtee
Verbindungsstelle eines Saugrohres oder einer Saugleitung eindringt, so dass das
Durchbrennen des Pumpenmotors und andere Schwierigkeiten verhindert werden, die
im Zusammenhang mit dem Trockenlauf der Pumpe auftreten.
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Da das herkömmliche Trpckenlauf-Abschaltrelais so aufgebaut ist, dass
es den Pumpenmotor nur in Abhängigkeit vom Saugdruck (der normalerweise ein negativer
Druck ist) abschaltet, schaltet es den Motor fälschlicherweise leicht auch dann
ab, wenn der normale Wasserspiegel im Brunnen sehr hoch ist oder die Pumpe unterhalb
des normalen Wasserspiegels angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein automatisches
Steuer- bzw. Regel system für eine Pumpenanordnung zu schaffen, die fehlerfrei arbeitet
und das Abschalten der Pumpe bzw. des Pumpenmotors bei Trockenlauf sicher und zuverlässig
durchführt.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat sich bei einer
Reihe von Untersuchungen und Experimenten herausgestellt, dass die zuvor beschriebenen
Schwierigkeiten und Nachteil, die dem herkömmlichen, nur auf den Saugdruck ansprechendes
Trockenlauf-Abschaltrelais anhaften, dadurch aus der Welt geschaffen werden können,
dass zusätzlich zum Saugdruck auch der ausgangsseitige Druck der Pumpe mit in Betracht
gezogen wird.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Ansprüchen
1, 2 und 3 angegebenen Steuer- bzw Regelsysteme gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen
dieser Steuer- und Regel systeme sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemässe automatische Steuer- und Regelsystem für eine
Pumpenanordnung kann das Ein- und Abschalten des Pumpenmotors durch gleichzeitige
Feststellung des saugseitigen und des ausgangsseitigen Druckes steuern.
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Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen
Steuer- und Regel systems für eine Pumpenanordnung umfasst dieses System einen Druckschalter,
der eine doppelte Funktion ausübt; er dient nämlich sowohl der Regelung bzw.
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der Steuerung des ausgangsseitigen Drucks (er schaltet den Pumpeneosor
in
aer weise jeweiis ein und aus, dass der Ausgangsdruck innerhalb eines vorgegebenen
Druckbereiches gehalten wird), als auch dem Abschalten des Pumpenmotors bei Trockenlauf
der Pumpe in Abhängigkeit vom saugseitigen und vom ausgangsseitigen Druck.
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Bei herkömmlichen automatischen Pumpensystemen sind jeweils getrennt
Druckschalter für das Ein- bzw. das Ausschalten des Pumpenmotors in Abhängigkeit
des in einem pneumatischen Kessel herrschenden Druckes und für die Trockenlauf-Abschaltung
vorgesehen. Die elektrischen Schaltungen sind daher recht kompliziert und der Einbau
und die Überwachung des Steuersystems ist schwierig und zeitraubend, weil getrennte
Druckschalter eingebaut, aneinander angepasst und verbunden werden müssen.
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Diese Nachteile werden mit dem erfindungsgemässen Steuer- und Regelsystem
dadurch vermieden, dass ein einziger Schalter verwendet wird, der in Abhängigkeit
von dem saugseitigen und dem aussangsseitigen Druck betätigt wird bzw. arbeitet
und sowohl der Regelung des ausgangsseitigen Druckes als auch dem Ausschalten des
Pumpenmotore bei Trockenlauf dient.
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Herkömmliche Trockenlauf-Abschaltrelais für Pumpenanordnungen und
Pumpensysteme werden ausgelöst, wenn als ansaugseitiger Druck Atmosphärendruck festgestellt
wird. Daher arbeiten diese herkömmlichen Trockenlauf-Abschaltrelais sehr unzuverlässig
und fehlerhaft, wenn der normale Wasserpegel eines Brunnens oder eines Behälters
sehr hoch ist, oder wenn die Pumpe unterhalb des normalen Wasserspiegels angeordnet
wird.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine automatische Steuerung und/oder
Regelung für das hin- und Ausschalten des Pumpenmotors, die gleichzeitig den ansaugsseitigen
und den ausgangsseitigen Druck feststellt und in Abhängigkeit davon arbeitet, so
dass die zuvor angegebenen Schwierigkeiten bei den herkömmlichen Einrichtungen nicht
auftreten.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispiels-Nweise
näher erläuter. Es zeigen: 4 Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brunnenpumpsystems,
das eine erfindungsgemässe Ausführungsform wiedergibt, Fig. 2 eine Schaltungsanordnung
eines bevorzugten, erfindung gemässen Ausführungsbeispiels, Fig. 3, 4 und 5 in teilweiser
Querschnittsdarstellung eine Steuer- bzw Regelanordnung, die eine erfindungsgemässe
Ausführungsform wiedergibt und Fig. 6,.7 und 8 schematische Darstellungen, an denen
die Arbeits weise des erfindungsgemässen Systems erläutert wird In Fig. 1 ist ein
automatisches Brunnen- bzw Bohrloch-Pumpensystem mit einer Pumpe 1, die eine Pumpe
vom sogenannten Wesco-gyp sein kann, und mit einem pneumatischen Kessel bzw einem
Windkessel 2 dargestellt, der mit der Druckseite der Pumpe 1 verbunden ist, und
auf dem die Pumpe 1 montiert ist Eine Saugleitung 3 ist mit dem saugseitigen Eingang
der Pumpe 1 über ein Saugzwischenrohr 4 verbunden, das durch den pneuma schen Kessel
1 läuft Ein an sich bekanntes Rückschlagventil 5 ist in der Saugleitung 3 enthalten
Die Saugleitung 3 besitzt am unteren Ende einen Saugkopf bzw -korb 6, der sich in
einem Brunnen W.E. befindet Eine Druck- bzw Förderzwischenleitung ist mit einem
Ende am druckseitigen Ausgang der Pumpe 1 angeschlossen und ist am anderen Ende
im Innenraum des pneumatischen Kessels 1 offen Eine Druckleitung 8 ist im pneumatischen
Kessel 2 offen und führt zu einem Absperrorgan oder einem Hahn 9 Die in Fig. 1 schematisch
dargestellte, automatische Brunnenpumpanordnung wird von einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung
10 gesteuert bzw. geregelt, die das Einschalten und Abschalten der Pumpe 1 in Abhängigkeit
des Drucks im Druckwindkessel 2 und in Abhängigkeit vom Saugdruck in der Saugleitung
9 steuert bzw.
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regelt, die mit dem saugseitigen Eingang der Pumpe 1 verbunden ist.
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im weiteren soll noch im einzelnen erläutert werden1 dass und wie
die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 10 eine Doppelfunktion sowohl für die Druckregelung
als auch für die Trockenlauf-Abschaltung spielt.
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Fig. 2 zeigt eine elektrische Schaltung, die der Steuer- und Regeleinrichtung
10 ermöglicht, als Druckschalter zu dienen.
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In Fig. 2 ist ein Druckschalter 11 einerseits elektrisch mit einer
Spannungsquelle 13 und andererseits mit einem Pumpenmotor 14 verbunden. Ein Schalter
15 zum Einschalten liegt dem Druckschalter parallel und schliesst diesen kurz. Wie
im weiteren noch erläutert werden soll, wird der Schalter zum Einschalten dazu benutzt,
die Pumpe zunächst einzuschalten.
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Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung arbeitet In Abhängigkeit von der
gesamten Säule H (vgl. Fig. 1), die als Summe des Saugdrucks und des Förderdrucks
vorliegt. Wie in den Fig. 3, 4 und 5 im einzelnen dargestellt ist, besteht der Regler
10 im wesentlichen aus einem Druckdetektor 16, einer Schalteinrichtung 17 und einer
Ausgangseinrichtung 18, um eine Kraft von dem den Druck abfühlenden Teil 16 zur
Schalteinrichtung 17 zu übertragen.
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Der Druckdetektor 16 besitzt zwei Membranen 19 und 20. Eine der Membranen,
nämlich die Membran 19 ist aus Gummi oder einem entsprechenden Material hergestellt
und ist dazu vorgesehen, den Förderdruck festzustellen, der bei dieser Ausführungsform
der Druck im Druckwindkessel 2 ist. Aus diesem Grunde soll die Membran 19 nachfolgend
als "druckseitige Membran?' bezeichnet werden. Die druckseitige Membran 19 ist mit
ihrem Randbereich zwischen einem unteren Gehäuseteil 21 mit einer Druckeinlassöffnung
28 und einem mittleren Gehäuseteil 22 geklemmt, so dass sich der mittlere Teil der
Membran frei und ohne anzustossen biegen und verformen kann.
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Eine weitere Membran 20, die auch aus Gummi oder einem entsprechenden
Material hergestellt ist, fühlt den Druck an der
Saugseite der
Pumpe ab und soll nachfolgend daher als "saugseitige Membran bezeichnet werden.
Die saugseitige Membran 20 ist mit ihrem Randbereich zwischen eine beweglich befestigte
Platte 23 und eine Flanschfläche des Flansches 24A einer Druckaufnehmerscheibe 24
geklemmt. Die Druckaufnehmerscheibe 24 wird bei Ausübung eines Druckes auf die druckseitige
Membran 19 durch diese betätigt.
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Ein mit einer Mittelbohrung 25 versehener Vorsprung 26 ist in einen
Halterungsteil 29 eines oberen Gehäuseteils 27 eingepresse, so dass der mittlere
Bereich der saugseitigen Membran 20 gehalten wird.
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Wenn die saugseitige Membran in der zuvor beschriebenen Weise befestigt
ist, entsteht zwischen den Oberflächen der saugseitigen Membran 20 und der Druckaufnehmerscheibe
24 eine erste Druckkammer 300 Die erste Druckkammer 30 steht mit der Saugeinlassöffnung
der Pumpe 1 über einen im oberen Gehäuseteil 27 ausgebildeten Druckübertragungskanal
31 und dann weiterhin über eine Druckübertragungsleitung 32 (vgl Fig 1) in Verbindung.
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Oder genauer ausgedrückt, ist das eine Ende der Druckübertragungsleitung
32 mit dem oberen Gehäuseteil 27 und das andere Ende mit der Saugleitung 3 in Strömungsrichtung
gesehen vor dem Rückschlagventil 5 verbunden, so dass eine Verbindung zwischen der
ersten Druckkammer 30 und der Saugseite der Pumpe 1 besteht.
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Aus Fig. 5 ist zu entnehmen, dass eine zweite Druckkammer 28A durch
eine Druckaufnehmerfläche der druckseitigen Membran 19 und eine Innenfläche des
unteren Gehäuseteils 21 gebildet wird.
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Eine Leitung 34 (vgl. Fig. 1), deren eines Ende mit dem Anschluss
33 des unteren Gehäuseteils 21 und deren anderes Ende mit dem Windkessel 2 verbunden
ist, bildet eine Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 28A und dem Innenraum
des Windkessels 2, d. h. der Druckseite der Pumpe 1.
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Ein Betätigungsschaft 35, der Teil der Betätigungseinrichtung 18 ist,
ist mit dem Mittelteil einer im,oberen Gehäuseteil 27 untergebrachten scheibenförmigen
Platte 36 fest verbunden bzw.
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einstückig ausgebildet. Ein Ende des Betätigungsschaftes 35 liegt
dem Ende eines Schaftes einer beweglichen Stange 37 gegenüber, die auf eine Schalteinrichtung
17 einwirkt. Der Betätigungsschaft 35 ist in einer Innenhülse 39 eines oberen Trägers
38 angeordnet.
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Die beweglich angebrachte Platte 23 weist mehrere zusätzliche Betätigungsschäfte
4OA und 40B auf. Die zusätzlichen Betätigungsschäfte ragen durch jeweilige Bührungsöffnungen.41
hindurch und sind mit ihren oberen Enden mit der scheibenförmigen Platte 36 verbunden.
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Ein elastisches Teil 42 mit einer Druckfeder befindet sich in der
Innenhülse 39 des oberen Trägers 38, wobei die Druckfeder den Betätigungsschaft
35 umgibt. Das elastische Teil 42 liegt zwischen den Oberflächen der scheibenförmigen
Platte 36 und der Innenhülse 39, so dass der Betätigungsteil 18 normalerweise nach
unten gedrückt wird. Das elastische Teil kann auch ausserhalb' und um die Innenhülse
39 herum angeordnet sein.
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Wenn bei der zuvor beschriebenen Anordnung Druck von der saugseitigen
und druckseitigen Membran, die an ihren Rändern befestigt sind und sich in ihren
Mittelbereich verbiegen können, auftritt, wölben sich die Membranen und der sich
ergebende Druck bzw. die sich ergebende Kraft wird über die Betätigungseinrichtung
18, die aus den zusätzlichen Betätigungsschäften 40A und 40B, der scheibenförmigen
Platte 36 und dem Betätigungsschaft 35 besteht, auf dem Schalterteil 17 übertragen,
so dass sich der Schalterteil 17 öffnet und schliesst und dadurch den elektrischen
Stromkreis für den Motor 14 öffnet und schliesst, wodurch die Pumpe 1 eingeschaltet
oder ausgeschaltet wir5 (diese Vorgänge werden im weiteren noch ausführlich erläutert).
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Der obere Halterungsteil 38 ist am oberen Gehäuseteil 27 befestigt
und mit einer oberen Mittelbohrung 44 versehen, in der
die bewegliche
Stange 37 und ein primäres elastisches Teil 43 untergebracht sind.
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Das primäre elastische Teil 43 liegt in der Mittelbohrung 44 und umgibt
die bewegliche Stange 37, die zum Teil in der Mittel bohrung bzw. der Aufnehmerbohrung
44 liegt. Das primäre elastische Teil 43 liegt mit seinem einen Ende auf einem Flansch
45 auf, der an einem Ende der beweglichen Stange 37 ausgebildet ist Eine Einstell-
bzw Justiereinrichtung 47 lässt sich zum Einstellen oder Justieren in eine ringförmige
Wand 46 einschrauben, die die Aufnehmerbohrung 44 festlegt (bei dem hier erläuterten
Ausführungsb ei spiel besteht die Einstell- bzw Justiereinrichtung 47 aus einer
Mutter, die in die Aufnehmerbohrung 44 eingeschraubt ist) Das andere Ende des primären
elastischen Teils 43 übt auf die innere Endfläche der Einstelleinrichtung 47 einen
Druck aus. Die Anordnung ist also so ausgebildet, dass die in axialer Richtung nach
unten gerichtete Vorspannung bzw Kraft, die vom primären elastischen Teil 43 auf
die bewegliche Stange 37 ausgeübt wird, durch Einstellen oder Verstellen der Einstelleinrichtung
47 verändert werden kann. Zwischen den einander gegenüberliegenden, axialen Enden
der beweglichen Stange 37 und des Betätigungsschaftes 35 befindet sich ein vorgegebener
Spalt G. Wenn das axiale Ende des Betätigungsechaftes 35 mit der beweglichen Stange
77 in Berührung tritt, liegt kein Spalt G vor (vgl. die Fig. 4 und 5). Diese Beruhrung
findet dann statt, wenn der Betätigungsschaft 35 der Betätigungseinrichtung 18 auf
die bewegliche Stange 37 drückt Ein ringförmiges äusseres Gleitteil 48 liegt mit
seinem unteren Ende an einem Absatz 49 der beweglichen Stange 37 an und ist daher
an der beweglichen Stange 37 befestigt.
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Die bewegliche stange 37 weist am oberen Teil ein Gewinde 50 auf,
auf das ein Einstell- oder Justierknopf 51 zum Einstellen oder Justieren aufgeschraubt
ist.
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Ein zylinderförmiger Magnet 52 ist innerhalb des äusseren Gleitteils
48 angeordnet.
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Ein inneres Gleitteil 53 ist im äusseren Gleitteil 48 lose angeordnet
und wird von einem senkrechten Arm 54 gehalten, der mit einem waagerechten Arm 55
einstückig ausgebildet ist. Ein Führungsstift 56 befindet sich oberhalb des waagerechten
Arms 55 und liegt in einem in einem Halterungsteil ausgebildeten Loch 58, so dass
das innere Gleitteil 53 lagemässig richtig ausgerichtet bleibt. Die obere Fläche
des waagerech ten Arms 55 liegt an der unteren Fläche des Halterungstells 57 an.
Ein weitere zylinderförmiger Magnet 59 ist um den inneren Gleitteil 53 herum angeordnet.
Der weftere.Magnet 59 besitzt eine Polarität, die gleich der Polarität fes zuerst
genannten Magneten 52 ist. Der Magnet 52 wird daher als äusserer Magnet und der
Magnet 59 als innerer Magnet bezeich net.
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Die Schaltereinrichtung 17-weist ein bewegliches Glied 60 auf, -das
Teil dieser Schalteinrichtung 17 ist, ein freies Ende besitzt und dessen anderes
Ende am Halterungsteil 57 befestigt iStp Das bewegliche Teil 60 ist aus Phosphorbronze
oder einem entsprechenden Material hergestellt und U-förmig gebogen.
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Das Halterungsteil 57 besitzt einen nach oben vorstehenden Teil,der
als elektrischer Anschluss für die Stromzuführung dient.
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Das U-förmige, bewegliche Glied 60 besitzt an seinem freien Ende einen
beweglichen Kontakt 62.
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Ein fest angebrachtes Glied 63, das ebenfalls Teil der Schalteinrichtung
17 ist, ist mechanisch gebogen und an dem Halterungsteil 57 an einer Stelle befestigt,
derart, dass dieses fest liegende, sich nicht bewegende Glied 63 als elektrischer
Anschluss 64 für die Stromzuführung dient. Ein fest liegender Kontakt 65 ist mit
dem sich nicht bewegenden Glied 63 verzapft
odei verbunden, so
dass es dem bew-egllchen Kontakt 6r gegenüberliegt.
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Wie aus den Fig. 6 und 7 zu ersehen Bist, befindet sich zwischen der
Unterseite und der Seite des freien Endes des beweglichen Gliedes 60 ausserhalb
des beweglichen Kontaktes 62 ein Zwischenraum G3, in den der horizontale Arm 55
eingreift.
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Das innere Gleitteil 53 wird durch den im Loch 58 des Halterungsteils
57 liegenden Führungsstift 56 daran gehindert, dass er sich seitlich verschiebt,
er kann jedoch in senkrechter Richtung bewegt werden Das Halterungsteil 57 ist fest
bzw einstückig mit dem zuvor erwähnten oberen Trägerteil 38 über ein Halterungsrohr
66 verbunden. Das Halterungsteil 57, das obere Trägerteil 38 und das Halterungsrohr
66 werden vorzugsweise aus Kunstharz genau so wie der senkrechte Arm 54, der waagerechte
Arm 55 und der Führungsstift 56 hergestellt, so dass diese Teile gut isolieren und
leicht bearbeitbar und herstellbar sind Der.Regler 10 besitzt ein Trockenlauf-Abschaltrelais
12 mit einer zusätzlichen Betätigungseinrichtung 67A, die einen Hebel 67 aufweist.
Der Hebel 67 ist mit seinem unteren Ende an der scheibenförmigen Platte 36 befestigt,
die Teil der Betätigungseinrichtung 18 ist (vgl. die Fig 3 oder 6), wogegen das
obere Ende des Hebels 67 umgebogen ist und in Berührung mit der Oberseite des inneren
Gleitteils 53 steht.
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Der Hebel 67 bewegt sich in einem im oberen Trägerteil 38 ausgebildeten
Führungsloch 69 und einem Führungsbereich 68, der aus in einem zwischenliegenden
Teil des Rohres 66 ausgebildeten Löchern besteht. Dieser Führungsbereich 68 und
das Führungsloch 69 führen den Hebel 67, wenn er sich in senkrechter Richtung bewegt
und verhindern ein Schwingen des Hebels 67 in seitlicher Richtung.
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Der Hebel 67, der Teil der zusätzlichen Betätigungseinrichtung 67A
für das Trockenlauf-Abschaltrelais 12 ist; arbeitet auf folgende Weise, wenn der
Regler 10 den Abschaltvorgang bei Trockenlauf vornimmt.
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Der sich ergebende oder der gemeinsame Hub der Membranen 19 und 20
des Druckdetektors 16, der den Saug- und den Förderdruck feststellt, wird der Betätigungseinrichtung
18 übertragen. Der Hebel 67 wird mit der scheibenförmigen Platte 36 auf- und abbewegt,
die Teil der Betätigungseinrichtung 18 ist.
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Es sei nun angenommen, dass der Hebel 67 nach unten, d. h.
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zum Druckdetektor 16 hin bewegt wird. Das gekrümmte Ende des Hebels
67 kommt dabei mit der Oberseite des inneren Gleitteils 53 in Berührung, so dass
es dadurch nach unten gedrückt wird.
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Infolgedessen drückt der waagerechte Arm 55, der Teil des inneren
Gleitteils 53 ist, oder mit dem inneren Gleitteil 53 fest verbunden hst, das bewegliche
Glied 60 nach unten. Infolgedessen wird der bewegliche Kontakt 62 vom festliegenden
Kontakt 65 in der Schalteinrichtung 17 wegbewegt.
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Der Pumpenmotor 14 wird ein- und ausgeschaltet, wenn sich die Schalteinrichtung
17 in der zuvor erläuterten Weise schliesst und öffnet. Wie im weiteren erläutert
werden soll, wird der Pumpenmotor abgeschaltet, wenn Luft in die Saugleitung 3 indringt.
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Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Bewegung
vom Druckdetektor 16 auf die Betätigungseinrichtung 18 übertragen, die ihrerseits
die Bewegung auf die Kontakte 62 und 65 überträgt, die als Schalteinrichtung 17
des Reglers 10 arbeiten.
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Die zusätzliche Betätigungseinrichtung 67A weist einen Hebel 67 auf,
der mit der scheibenförmigen Platte 36 verbunden ist.
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Der Hebel 67 kann auch mit dem Betätigungsschaft 35 verbunden sein,
wie dies in Fig. 3 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Der Hebel 67 kann aber
auch mit der beweglichen Befestigungsplatte 23 verbunden sein. Das Öffnen und Schliessen
der
Schaltereinrichtung 17 kann auch mit anderen Einrichtungen
als dem Hebel 67, beispielsweise mit einem Band oder einem Seil vorgenommen werden,
das mit dem inneren Gleitteil 53 verbunden ist Ein Deckel 70 ist am oberen Ende
des oberen Trägerteils 38 befestigt, um die Schaltereinrichtung 17 und die gesamte
Anordnung zu umschliessenO Der Deckel oder die Verkleidung 70 kann auch in axialer
Richtung so lang sein, dass er bis zum Fuss des oberen Trägerteils 38 reicht und
diesen dabei umschliesst.
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Das Gehäuse 70 ist vorzugsweise aus Kunststoff oder Kunstharz hergestellt.
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In Fig. 1 sind die Saugsäule h1, die Drucksäule h2, der Saugpegel
h3 und die Gesamtsäule H angegeben Nachfolgend soll die Arbeitsweise des Reglers
10 beschrieben werden Bevor die Pumpe 1- eingeschaltet wird, wird sie mit Ansaugwasser
gefüllt Zu diesem Zeitpunkt tritt in der ersten und zweiten Druckkammer 30 und 28G
kein Druck auf Daher wird der Druck detektor 16 mit den Membranen 19 und 20 über
die Betätigungseinrichtung 18 durch die von dem elastischen Glied 42 ausgeübte Kraft
vorgespannt, wie dies in Figo 3 dargestellt ist Der Hebel 67 des Trockenlauf-Ausschaltrelais
12 befindet sich entsprechend der Betätigungseinrichtung 18 in seiner unteren Stellang
und drückt das innere Gleitteil 53 nach unten0 Demzufolge wird auch der waagerechte
Arm 55, der mit dem inneren Gleitteil 53 fest verbunden ist, nach unten gedrückt
und drückt seinerseits das bewegliche Glied 60 ebenfalls nach unten, so dass die
Kontakte 6? und 65 voneinander abgehoben werden, do h. die Schalt einrichtung 17
ist offen oder nicht leitend Wenn der Schalter 15 zum Einschalten des Motors geschlossen
bzw in den leitenden Zustand versetzt wird (vglo E?igo 2), hängt die Pumpe zu arbeiten
an und Wasser wird in einigen Minuten heraufgepumpt.
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Da ein negativer Druck entsprechend der Saugsäule h1 (vgl.
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Fig. 1) in der Saugleitung 3 vorliegt, stellt die saugseitige Membran
20 des Reglers 10, die die erste Druckkammer 30 festlegt, zu diesem Zeitpunkt diesen
negativen Druck fest und wölbt sich nach oben. Infolgedessen bewegt sich der mit
der scheibenförmigen Platte 36 der Betätigungseinrichtung 18 verbundene Hebel 67
nach oben und gibt das innere Gleitteil 53 frei.
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Der am inneren Gleitteil 53 befestigte innere Magnet 59 ist so magnetisiert,
dass er dieselbe Polarität wie der am äusseren Gleitteil «8 befestigte andere Magnet
52 aufweist, so dass sich diese beiden Magneten gegenseitig abstossen. Auf Grund
der Abstossungskraft verschiebt sich der innere C1 gleitteil 53, da der äussere
Gleitteil 48 am Absatz 49 der beweglichen Stange 37 anliegt. Infolgedessen gibt
der waagerechte Arm 55, der sich zusammen mit dem inneren Gleitteil 53 bewegt, das
bewegliche Glied 60 frei, so dass die Kontakte 62 und 63 miteinander in Berührung
treten können. Der Schalter 15 zum Einschalten wird dann geöffnet bzw. in seinen
nicht leitenden Zustand versetzt.
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Bei Betrieb der Pumpe wird Wasser in den pneumatischen Kessel oder
den Windkessel 2 gedrückt, so dass sich im Windkessel 2 ein Druck ausbildet. Infolgedessen
gelangt der Förderdruck zur zweiten Druckkammer 28A. Die in der ersten und zweiten
Druckkammer 30 und 28A auftretenden Drücke wölben die Membranen 19 und 20 in der
in Fig. 4 dargestellten Weise, so dass die Pumpe 1 weiter in Betrieb bleibt.
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Oder noch ausführlicher erläutert, bewirkt der Lauf der Pumpe 1 Wölbungen
oder Verbiegungen der Membranen 19 und 20 des Druckdetektors 16, so dass die sich
ergebenden Lageveränderungen der Membranen auf die Betätigungseinrichtung 18 übertragen
werden.
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Daher wird die Betätigungseinrichtung 18 aus der in Fig. 3 dargestellten
Lage in die in Fig. 4 dargestellte Lage gegen die Vorspannkraft des elastischen
Gliedes 42 verschoben. Daher bewegt
sich die Betätigungseinrichtung
28 als Ganzes nach oben, so dass der Betätigungsschaft 35, der Teil der Betätigungseinrichtung
18 ist, mit der beweglichen Stange 37 in Berührung kommt, wodurch kein Spalt G mehr
zwischen dem Betätigungsschaft 55 und der beweglichen Stange 37 mehr vorhanden ist.
Der Betätigungsschaft 35 übt dann eine Kraft aus, die die bewegliche Stange 37 in
axialer Richtung nach oben hebt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.
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Da der Förderdruck bzw. der Druck auf der Austrittsseite der Pumpe
(im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Förderdruck der Druck im pneumatischen
Kessel 2) noch gering ist, tritt der Betätigungsschaft 35 nur mit dem axialen Ende
der beweglichen Stange 37 in Berührung und dann die bewegliche Stange 37 nicht nach
oben drücken, um die Schalteinrichtung 17 zu öffnen.
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Wenn der Regler 10 daher als Druckschalter 11 wirkt, läuft die Pumpe
weiter, bis der Förderdruck der Pumpe 1 höher wird als ein vorgegebener Schalteröffnungsdruck,
der nur bei Schliessen des Hahnes oder eines Absperrorganes 9 auftritt, welcher
bzw.
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welches am Ende der Druck- oder Auslassleitung 8 vorgesehen ist.
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Der'Regler 10 verharrt so lange in dem in Fig. 4 dargestellten Zustand,
so lange die Pumpe 1 läuft.
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Wenn der Hahn 9 am Ende der Druckleitung 8 etwas mehr geschlossen
und der Wasserverbrauch verringert wird, steigt der Druck im Windkessel 2 allmählich
an.
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Der Druck im Windkessel 2 erhöht sich noch weiter, wenn der Hahn 9
geschlossen wird. Der vergrösserte oder sich vergrössernde Druck wird von der druckseitigen
Membran 19 festgestellt, die die zweite Druckkammer 28A des Reglers 10 vorgibt,
so dass die druckseitige Membran 19 eine weitere Lageverschiebung erfährt.
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Infolgedessen wird auf die Betätigungseinrichtung 18 eine Kraft ausgeübt,
die der Gesamtsäule H (vgl. Fig. 1) entspricht, welche sich aus dem erhöhten an
der druckseitigen Membran 19 anliegenden Förderdruck und dem an der saugseitigen
Membran 20 anliegenden
saugdruck ergibt. dadurch bewegt sich die
Betätigungseinrichtung 18 nach oben. Infolgedessen wird der Betätigungsschaft 35,
der Teil der Betätigungseinrichtung 18 ist, nach oben verschoben und verschiebt
die bewegliche Stange 37, die mit dem Betätigungsschaft 35 in Berührung stand, ebenfalls
in derselben Axialrichtung wie der Betätigungsschaft 35.
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Wenn die bewegliche Stange 37 gegen die Vorspannkraft des primären
elastischen Gliedes 43 durch den Betätigungsschaft 35 nach oben geschoben wird;
werden auch das äussere an der beweglochen Stange 37 befestigte Gleitteil 48 und
der am äusseren Gleitteil 48 angebrachte äussere Magnet 52 gleichzeitig mit der
beweglichen Stange 37 in der gleichen Richtung wie die bewegliche Stange 37 nach
oben verschoben.
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Infolgedessen führt das äussere Gleitteil 53 eine Relativ-Aufwärtsbewegung
bezüglich des inneren Magneten 59 durch, der zum Halterungsteil 57 hin angehoben
worden ist. Die zwischen dem inneren und dem äusseren Magneten 59 und 52 auftretende
Abstossungskraft kehrt sich plötzlich um, sobald der äussere Magnet 52' über die
Höhe des inneren Magnet 59 (d.h. über den Totpunkt hinaus) verschoben wird und die
nunmehr in umgekehrter Richtung wirkende Abstossungskraft wirkt in Richtung nach
unten.
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Während eines kurzen Zeitraumes,der typischerweise 1 Sekunde, d. h.
nur momentan, vorliegt, bewegt sich das innere Gleitteil 53 nach unten und schiebt
den waagerechten, vom inneren-Gleitteil 53 getragenen Arm 55 nach unten, so dass
das bewegliche Glied 60 ebenfalls nach unten verschoben wird und den beweglichen
Kontakt 62 vom festliegenden Kontakt 65 trennt, so dass der elektrische Versorgungskreis
unterbrochen wird.
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Infolgedessen wird der die Pumpe 1 antreibende Motor 14 ausgeschaltet,
so dass die Pumpe 1 aufhört zu arbeitep. Wenn der Motor in der zuvor beschriebenen
Weise ausgeschaltet ist, befindet sich die Steuer- bzw.Regeleinrichtung 10 in dem
in Fig. 5 dargestellten Zustand. Die Pumpe wird also ausgeschaltet, wenn die Steuer-
bzw. Regeleinrichtung 10 aus dem in Fig. 4 dargestellten Zustand in den in Fig.
5 dargestellten Zustand
verschoben wird Wenn der Hahn 9 am Ende
der Druckleitung 8 wieder geöffnet wird, fliesst das in der Druckleitung 8 und im
Windkessel 2 befindlicht Wasser über den Hahn 9 aus und dementsprechend verringert
sich auch der Druck im Windkessel 2 Daher verringert sich auch der bei der druckseitigen
Membran der Steuer- und Regeleinrichtung 10 auftretende Förderdruck und es verringert
sich somit auch die die von den Membranen 19 und 20 auf die Betätigungseinrichtung
18 ausgeübte EraftO Demzufolge wird die Betätigungseinrichtung 18 zusammen mit dem
Betätigungsschaft 35 nach unten bewegt, so dass das obere Ende des Betätigungsschaftes
35 wieder am unteren Ende der beweglichen Stange 75 frei kommen kann und sich wieder
ein Spalt G dazwischen ausbildet Der nach oben gerichtete, auf die bewegliche Stange
37 ausgeübte Druck, tritt dann nicht mehr auf, so dass die bewegliche Stange 37
von dem primären elastischen Teil 43 nach unten gedrückt wird Diese Abwärtsbewegung
der beweglichen Stange 37 bewirkt auch eine Abwärtsbewegung des äusseren Gleitteils
48, der sich zusammen mit der beweglichen Stange 37 bewegt, sowie des vom äusseren
Gleitteil 48 gehalterten äusseren Magneten 520 Wenn der äussere Magnet 52 dem zuvor
erwähnten Totpunkt bzw.
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die Totpunkt-Mittellage überschritten hat, wird. das innere Gleitteil
53-augenblicklich nach oben geschoben, bis es an die Unterseite des Halterungsteils
57 anstösst Der waagerechte Arm 55, der sich gemeinsam mit dem inneren Gleitteil
53 bewegt, drückt dann das bewegliche Glied 60 nicht mehr nach unten.
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Infolgedessen kann das bewegliche Glied 60 in die in Fig. 7 dargestellte
Ausgangslagezzurückkehren, so dass der bewegliche Kontakt 60 wieder mit dem festen
Kontakt 65 in Berührung tritt.
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Der lagemässige Zustand des Reglers 10 geht dann aus dem in .Fig.
5 dargestellten Lagezustand in dem in Fig0 4 dargestellten
Lagezustand
über, so dass der Pumpenmotor 14 wieder eingeschaltet wird und die Pumpe 1 wieder
mit dem Pumpen beginnen kann (vgl. Fig. 5). Die als Druckschalter 11 wirkende Steuer-
bzw. Reglereinrichtung 10 wiederholt den zuvor beschriebenen Vorgang von Neuem,
um den Pumpenmotor 14 ein- und auszuschalten.
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Zusätzlich zur Funktion des Druckschalters 11 übernimmt die Steuer-
bzw. Reglereinrichtung 10 gleichzeitig auch durch das Trockenlauf-Abschaltrelais
12 das Abschalten der Pumpe bei Trockenlauf, d. h. wenn statt einer Flüssigkeit
Luft angesaugt wird.
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Nachfolgend soll die Arbeitsweise der Steuer- und Reglereinrichtung
10 beschrieben werden,wenn sie das Trockenlauf-Abschaltrelais 12 betätigt.
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Im normalen oder üblichen Betriebszustand der Pumpe 1 ist der Förderdruck
der Pumpe ausreichend hoch. Daher ist die an der druckseitigen Membran 19 der Steuer-
bzw. Regeleinrichtung 10 ausreichend .gross, um die Betätigungseinrichtung 18 nach
unten zu drücken.
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Wenn nämlich, wie zuvor beschrieben, der normale Betriebszustand der
Pumpe 1 vorliegt, liegt an der saugseitigen Membran 19 des Druckdetektors 16 der
Saugdruck und ander druckseitigen Membran 20 des Druckdetektors 16 der Förderdruck
an, so dass die sich dabei ergebenden Lageverschiebungen dieser Membranen auf die
Betätigungseinrichtung 18 übertragen werden. Oder anders ausgedruckt, bei normalem
Betriebszustand der Pumpe 1 wird die Betätigungseinrichtung 18 als Ganzes nach oben
gedrückt.
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Es braucht nicht noch betont zu werden, dass die Betätigungseinrichtung
18 auch bei ausgeschalteter Pumpe 1 nach oben geschoben ist, vorausgesetzt, an der
druckseitigen Membran liegt ein hoher Förderdruck an. Die Betätigungseinrichtung
18 wird daher nicht nur während des Pumpenlaufs nach oben gedrückt, sondern
auch
bei ausgeschalteter oder abgestellter Pumpe.
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Wenn die Betätigungseinrichtung 18 als Ganzes angehoben wird, so wird
der Hebel 67 der Trockenlauf-Abschalteinrichtung 12, der an der einem Teil der Betätigungseinrichtung
18 darstellenden scheibenförmigen Platte 36 befestigt ist, angehoben, so dass sich
das gekrümmte Ende von der Oberseite des inneren Gleitteils 53 abhebt. Daher kann
der Hebel 67 der Grockenlauf-Abschalteinrichtung 12 niemals das innere Gleitteil
53 nach unten drücken, so dass die Kontakte 62 und 65 nicht voneinander getrennt
werden und dadurch die Pumpe 1 in jedem Falle weiter läuft.
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Wenn Luft über eine (nicht dargestellte) fehlerhafte zerstörte Verbindung
oder auf Grund dessen, dass sich der Wasserspiegel zu stark abgesenkt hat, in die
Saugleitung 3 eindringt, so reicht der Druck in der Saugleitung 3 bis zu Atmosphärendruck
heran, wogegen der Förderdruck der Pumpe 1, d. h der Druck -an der Austrittsseite
der Pumpe sich auch auf Atmosphärendruck absenkt, weil kein Wasser gepumpt wird
Da die Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Druckkammer 30, 28A des Reglers
10, der nunmehr als Erockenlauf-Abschaltrelais 12 wirkt, in diesem Falle nicht auftritt,tritt
auch keine nach oben gerichtete Kraft auf, die auf die Betätigungseinrichtung 18
wirkt. Die Betätigungseinrichtung 18 wird daher als Ganzes vom elastischen Teil
42 und im primären elastischen Teil 43 nach unten gedrückt. Der Hebel 67 des Trockenlauf-Abschaltrelais
12 bewegt sich dann in derselben Richtung wie die Betätigungseinrichtung 18, so
dass das innere Gleitteil 53 nach unten gedrückt wird.
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Infolgedessen drückt der waagerechte Arm 55 gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung
des inneren Gleitteils 53 das bewegliche Glied 60 nach unten, so dass der bewegliche
Kontakt 62 vom festliegenden Kontakt 65 getrennt wird, wie dies in Fig. 8 dargestellt
ist, wodurch der Pumpenmotor 14 und damit auch die Pumpe 1 abgeschaltet wird.
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Bei der beschriebenen Arbeitsweise der Steuer- und Regel ein richtung
10 für eine Brunnenpúmpen-Anordnung, wird die sichere und zuverlässige Arbeitsweise
der Tropfenlauf-Abschalteinrichtung 12, die Teil der Steuer- bzw. Regeleinrichtung
10 ist, durch das Abgreift sowohl des Saug- als auch des Förderdrucks sichergestellt.
Da die Trockenlauf Abschalteinrichtung sowohl auf den Saugdruck als auch auf den
Förderdruck anspricht, wird der Förderdruck nämlich derart, dass er das Öffnen der
Schaltereinrichtung 17, was durch Niederdrücken des Hebels 67 auf Grund der den
Saugdruck feststellenden, saugseitigen Membran verursacht wird, verhindert, wenn
der Saugdruck auf Grund eines aussergewöhnlich Anstieg des Wasserspiegels oder auf
Grund der Installation der Pumpe unterhalb des Wasserpegels hoch ist. Oder genauer
ausgedruckt, die den Förderdruck bzw. den ausgangsseitigen Druck der Pumpe abfühlenden
druckseitigen Membran 19 bewegt die Betätigungseinrichtung 18 gegen den nach unten
gerichteten Druck, der durch die saugseitige Membran hersorgerufen wird, nach oben.
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Da der Hebel 67 auf Grund der oberen Lage der Betätigungseinrichtung
18 durch die druckseitige Membran 19 in seiner angehobenen Stellung erhalten wird,
kann der Hebel 67 des UrockenlaufT Abschaltrelais 12 niemals bewirken, dass die
Schalteinrichtung 17 geöffnet wird.
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Daher wird eine fehlerhafte Arbeitsweise oder eine fehlerhafte Funktion
des Trockenlauf-Abschaltrelais der Steuer- und Reglereinrichtung 10, die auf Grund
eines hohen Wasserspiegels oder der Unterwasser-Installation der Pumpe 1 hervorgerufen
werden könnte, vermieden, so dass eine sichere und zuverlässige Arbeitswelse des
Trockenlauf-Abschltrelais 12 hergestellt ist.
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Wie aus den vorangegangenen Erläuterungen deutlich wird, wird erfindungsgemäss
eine Steuer- und/oder Reglereinrichtung für eine Brunnenpumpen-Anordnung mit einem
Trockenlauf-Abschaltrelais geschaffen, um einen Pumpenmotor zu steuern bzw. zu regeln
und diesen in Abhängigkeit von der Abfühlung sowohl des Saugdrucks als auch der
Förderdruck ein- und auszuschalten, wodurch eine zuverlässige, sichere Arbeitsweise
des Trockenlauf-
Abschaltrelais auf Grund der doppelten Druckabfühlung
sichergestellt ist.
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Der Aufbau und die Ausbildung einer Steuer- bzw. Reglereinrichtung,
die sowohl als Druckschalter als auch als Trockenlauf-Abschaltrelais wirkt, kann
auf Grund dessen, dass die einzelnen Teile der Einrichtung für beide Funktionen
gemeinsam verwendet werden, stark vereinfacht werden, wenn die Betätigungseinrichtung,
die die Schaltereinrichtung in Abhängigkeit einer Bewegung eines Druckdetektors,
der sowohl auf den Saugdruck als auch auf den Förderdruck anspricht, öffnet und
schliesst,mit einem Trockenlauf-Abschaltrelais zum Öffnen und Schliessen der Schalteinrichtung
versehen ist.
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Wie eingangs bereits erwähnt, sind herkömmliche Pumpenanordnungen
mit Druckschaltern und mit einem Trockenlauf-Abschaltrelais ausgerüstet, die getrennt
voneinander ausgebildet sind. Dadurch treten Schwierigkeiten beim Anbringen und
beim Aufeinanderabstimmen der Druckschalter und des Trockenlauf-Abschaltrelais auf,
wenn diese getrennt angeordnet und miteinander elektrisch verbunden werden Mit einem
erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel, das eine Doppelfunktion übernehmen kann,
lassen sich diese Schwierigkeiten und Nachteile aus der Welt schaffen und Teile
der Einrichtung können für gemeinsame Zwecke verwendet und eingesetzt werden.
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Gemäss einer erfindungsgemässen Ausführungsform wird also eine Steuer-
und Regeleinrichtung für eine Pumpenanordnung geschaffen, wobei diese Steuer- und
Regeleinrichtung sowohl die Funktion des Druckschalters als auch die Funktion des
Drockenlauf-Ab schaltrelais übernimmt und sehr einfach aufgebaut ist.
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Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird für das schnelle
Schalten der Schalteinrichtung die Abstossungskraft, die Magnete aufeinander ausüben,
ausgenutzt Es ist jedoch ohne weiteres auch möglich, statt der Magnete bekanntermassen
Federn zu verwenden,
um das schnelle Umschalten zu erreichen.
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Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit einer Ausführungsform und
unter Verwendung von bestimmten Ausdrücken beschrieben. Es können jedoch zahlreiche
Änderungen, Abwandlungen und Ausgestaltungen vorgenommen werden, ohne dass dadurch
der Erfindung gedanke verlassen wird.