DE2718868A1 - Liquid or gas pressure regulating system - uses measurement of power absorbed by compressor motor to indicate instantaneous pressure of fluid - Google Patents
Liquid or gas pressure regulating system - uses measurement of power absorbed by compressor motor to indicate instantaneous pressure of fluidInfo
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Abstract
Description
BEZEICHNUNG: DruckregeleinrichtungDESCRIPTION: Pressure regulating device
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung des von mindestens einer mit Kraftantrieb versehenen Pumpe hergestellten oder aufrechterhaltenen, vom Atmosphärendruck abweichenden Druckes in einem Gefäß oder Gefäßsystem für gasförmige und/oder flüssige Medien. The invention relates to a device for controlling the produced or maintained by at least one powered pump, Pressure deviating from atmospheric pressure in a vessel or vascular system for gaseous and / or liquid media.
Bei den zahlreichen bereits bekannten Einrichtungen der vorstehend bezeichneten Gattung wie z.B. Druck- oder Sauglufterzeugungsanlagen, hydraulische Bremsanlagen für Fahrzeuge usw. ist bisher allgemein die Verwendung von Membrandruckschaltern und -reglern üblich. Diese haben einen verhältnismäßig großen Raumbedarf und erfordern, besonders wenn eine hohe Ansprechgenauigkeit verlangt wird, einen entsprechenden Kostenaufwand. In the numerous already known devices of the above designated type such as pressure or suction air generation systems, hydraulic Brake systems for vehicles, etc. has hitherto generally been the use of membrane pressure switches and controls are common. These have a relatively large space requirement and require especially if a high response accuracy is required, a corresponding one Expense.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung des Pumpenantriebs bei einer Einrichtung der eingangs genannten Gattung durch andere, mit weniger Aufwand verbundene, jedoch mindestens den gleichen Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit des Ansprechens, Einstellbarkeit und Funktionssicherheit genügende Mittel zu ermaglichen. The invention is based on the object of a control of the pump drive in the case of an establishment of the type mentioned at the beginning by others, with less effort connected, but at least the same requirements in terms of accuracy to enable sufficient means of response, adjustability and functional reliability.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine die Belastung (Leistungsaufnahme) des Pumpenantriebes während des Laufs der Pumpe als indirektes Maß für den jeweiligen Druckzustand in dem Gef.5E oder Gefäßsystem selbsttätig messende Vorrichtung zur Steuerung des Pumpenantriebes gelöst. According to the invention, this task is achieved by the load (power consumption) of the pump drive while the pump is running as an indirect measure for the respective Pressure state in the Gef.5E or vascular system automatically measuring Device for controlling the pump drive solved.
Um die Abweichung des Druckes vom Atmosphärendruck nicht über einen vorbestimmten Wert anwachsen zu lassen, kann durch die die Belastung messende Vorrichtung ein an dem Gefäß oder Gefäßsystem vorgesehenes Druckbegrenzerventil betätigbar sein. Als weiteres Mittel zu dem gleichen Zweck kann auch eine zum Stillsetzen der Pumpe durch Ausschalten oder Abkuppeln des Pumpenantriebes dienende Vorrichtung vorgesehen sein, die durch die die Belastung messende Vorrichtung bei einem bestimmten Meßwert betätigt wird. To the deviation of the pressure from atmospheric pressure not over a To let the predetermined value increase, can by the load measuring device a pressure limiting valve provided on the vessel or vascular system can be actuated. Another means for the same purpose can be to stop the pump by switching off or uncoupling the pump drive device is provided be that by the load measuring device at a certain measured value is operated.
Die zur selbsttätigen Messung der Belastung der Pumpe angewandte, zur Steuerung des Pumpenantriebs dienende Vorrichtung kann nach vielerlei Prinzipien arbeiten. Eine Anzahl von Ausführungsbeispielen ist Gegenstand der Unteransprüche. Regelmäßig wird dabei eine elektrische Größe (z.B. Strom, Spannung, Frequenz oder Phase) als Steuergröße von der Vorrichtung geliefert. The used for the automatic measurement of the load on the pump, for controlling the pump drive device can be based on many principles work. A number of exemplary embodiments are the subject of the subclaims. An electrical variable (e.g. current, voltage, frequency or Phase) supplied by the device as a control variable.
Die Pumpe kann eine von einer umlaufenden elektrischen Maschine beliebiger Art angetriebene Pumpe oder beispielsweise auch eine durch einen Elektromagneten angetriebene Membranpumpe oder aber eine von einer Kraftmaschine völlig anderer Art z.B. einem Dieselmotor oder einem anderen Verbrennungsmotor angetriebene Pumpe sein. In jedem Fall ist der Pumpenantrieb mit Hilfe der verfügbaren, in aller Regel elektrischen Steuergröße auf an sich bekannte Weise direkt oder indirekt steuerbar. The pump can be any of a rotating electrical machine Type driven pump or, for example, one by an electromagnet driven diaphragm pump or one of a prime mover completely different Type e.g. a diesel engine or another Internal combustion engine be driven pump. In any case, the pump drive is possible with the help of the available, as a rule electrical control variable in a manner known per se, directly or indirectly controllable.
Die ein indirektes Maß des Druckes in dem Gefäß oder Gefäßsystem darstellende Belastung der Pumpe kann auch mit Hilfe einer zusätzlich zu einer Hauptpumpe angeordneten kleineren Hilfspumpe mit besonderem Antrieb gemessen werden. Auch ein an einer solchen Hilfspumpe bzw. ihrem Antrieb gewonnener Meßwert stellt ein indirektes Maß für den Druckzustand in dem Gefäß dar. Da eine solche kleine Hilfspumpe auf den Druckzustand nur relativ wenig Einfluß ausübt, kann sie auch bei Stillstand der Hauptpumpe durch gehend ,laurengelassen werden, so daß die Messung ihre Belastung unabhAngig vom Betriebszustand der Hauptpumpe einen als Steuer- und/oder Anzeigegröße geeigneten indirekten Meßwert für den Druckzustand in dem Gefäß bzw. Which is an indirect measure of the pressure in the vascular or vascular system The load on the pump can also be performed using an in addition to a main pump arranged smaller auxiliary pump with a special drive can be measured. Also a The measured value obtained from such an auxiliary pump or its drive represents an indirect one Measure of the pressure state in the vessel. As such a small auxiliary pump on the pressure state has relatively little influence, it can also at standstill the main pump is left lukewarm, so that the measurement of its load Regardless of the operating status of the main pump, one as a control and / or display variable suitable indirect measured value for the pressure state in the vessel or
Gefäßsystem liefert.Vascular system supplies.
Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. The invention is exemplified below with reference to the drawing explained in more detail.
Es zeigen schematisch und in vereinfachter Darstellung Fig. 1 das Prinzip eines Ausführungsboispiels einer Einrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Pumpe jeweils beim Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes des Druckes in dem Gefäß ausgeschaltet wird; Fig. 2 eine Einrichtung mit einem Druckbegrenzerventil, das durch die die Belastung messende Vorrichtung betätigbar ist; Fig. 3 ein Schaltungsbeispiel für die Steuerung einer Schwingankerpumpe durch eine an der Feldspule als Maß für deren Leistungsaufnahme abgegriffene elektrische Steuergröße und mit Anzeige der Druckverhältnisse während des Pumpbetriebes; Fig. 4 ein Beispiel für die Verwertung der belastungsabhängigen Drehzahländerung eines eine Pumpe antreibenden elektrischen Universalmotors; Fig. 5 ein Beispiel für die Verwendung eines auf der Welle einer umlaufenden elektrischen Antriebsmaschine der Pumpe angeordneten Wechselstrom-oder Impulsgenerators als Meßwandler zur Ermittlung der Phasennacheilung der Antriebsmaschine gegenüber der Netzphase als Maß für die Belastung der Pumpe; Fig. 6 ein Beispiel einer Aus führungs form mit zusEtzlicher Hilfspumpe. It shows schematically and in a simplified representation Fig. 1 the Principle of an exemplary embodiment of a device according to the invention, in which the Pump each time a specified limit value is reached the pressure in the vessel is turned off; 2 shows a device with a pressure limiting valve, which is actuatable by the load measuring device; 3 shows an example of a circuit for controlling a vibrating armature pump by one on the field coil as a measure for whose power consumption tapped electrical control variable and with display of the Pressure conditions during pumping operation; 4 shows an example of the recovery the load-dependent speed change of an electrical one driving a pump Universal motor; Fig. 5 shows an example of the use of one on the shaft rotating electric drive machine of the pump arranged alternating current or Pulse generator as a transducer to determine the phase lag of the prime mover compared to the mains phase as a measure of the load on the pump; Fig. 6 shows an example an embodiment with an additional auxiliary pump.
Bei der schematischen Darstellung in Fig. 1 mag es sich beispielsweise um eine Druckluftanlage handeln. In dem Gefäß 1, das einerseits über eine Leitung 2 mit einer Luftpumpe 3 mit Ansaugstutzen 4 verbunden ist und an das andererseits über einen Leitungsstutzen 5, in dem sich ein Absperrorgan 6 befindet, Verbraucher angeschlossen werden können, soll ein vorgegebener Überdruck aufrecht erhalten werden. Hierzu ist die Pumpe 3 mit einem Antrieb 7 gekuppelt, beispielsweise einem elektrischen Antrieb, der über eine Leitung 8 mit einer Steuerlogik 9 und über eine Leitung 10 mit einer Vorrichtung 11 zur Messung seiner Leistungsaufnahme verbunden ist, die ein Maß für die Belastung der Pumpe und damit für den während des Betriebs der Pumpe in dem Gefäß 1 herrschenden Druck darstellt. Die Vorrichtung 11 kann über eine Leitung 12 mit einer Anzeigevorrichtung 13 verbunden sein, die in Druckwerten geeicht werden kann. Die Vorrichtung 11 ist außerdem über eine Leitung 14 mit der Steuerlogik 9 verbunden, an die wiederum über eine Leitung 15 ein Schalter 16 angeschlossen ist, der willkürlich oder selbsttätig, z.B. zeitabhängig (periodisch) zwecks Ingangsetzens des Pumpenantriebs betätigt werden kann. In the schematic representation in FIG. 1, it may be, for example be a compressed air system. In the vessel 1, which on the one hand via a line 2 is connected to an air pump 3 with suction port 4 and on the other hand Via a line socket 5, in which there is a shut-off element 6, consumers can be connected, a specified overpressure should be maintained. For this purpose, the pump 3 is coupled to a drive 7, for example an electric one Drive connected via a line 8 to a control logic 9 and via a line 10 is connected to a device 11 for measuring its power consumption, which a measure of the load on the pump and thus of the during operation of the pump represents the pressure prevailing in the vessel 1. The device 11 can be via a line 12 be connected to a display device 13, which are calibrated in pressure values can. The device 11 is also connected to the control logic 9 via a line 14 connected to which, in turn, a switch 16 is connected via a line 15, the arbitrary or automatically, e.g. time-dependent (periodically) for the purpose of starting of the pump drive can be operated.
Das Stillsetzen des Pumpenantriebs erfolgt mittels der Steuerlogik in Abhängigkeit von der Erreichung eines bestimmten Werts der Leistungsaufnahme, die mittels der Vorrichtung gemessen wird.The shutdown of the pump drive takes place by means of the control logic depending on the achievement of a certain value of the power consumption, which by means of the device is measured.
Fig. 2 zeigt eine gegenüber Fig. 1 etwas abgewandelte Ausführungsform, bei der die Steuerlogik 9 über eine Leitung 24 mit einem von ihr zu steuernden Druckbegrenzerventil 25 verbunden ist. Zur Inbetriebsetzung der Pumpe 3 ist hier eine Schaltvorrichtung 26 vorgesehen, die zur willkürlichen oder selbsttätigen Einschaltung des Pumpenantriebs 7 dient. Der Pumpenantrieb 7 kann bei dieser Ausführungsform ohne Unterbrechung während der gesamten Betriebsdauer durchlaufen, während das von der Steuerlogik 9 in Abhängigkeit von der die Leistungsaufnahme des Pumpenantriebs und damit die Belastung der Pumpe messenden Vorrichtung 11 das Druckbegrenzerventil 25 so steuert, daß eine vorbestimmte Grenzdruckabweichung vom Atmosphärendruck nicht überschritten wird. FIG. 2 shows an embodiment that is somewhat modified compared to FIG. 1, in which the control logic 9 via a line 24 with a pressure limiting valve to be controlled by it 25 is connected. To start up the pump 3, there is a switching device here 26 is provided for the arbitrary or automatic activation of the pump drive 7 serves. The pump drive 7 can in this embodiment without interruption run through during the entire operating time, while that of the control logic 9 depending on the power consumption of the pump drive and thus the Load on the pump measuring device 11 controls the pressure relief valve 25 so, that a predetermined pressure limit deviation from atmospheric pressure is not exceeded will.
Bei dem Schaltschema nach Fig. 3 wird von einer Wechselstromquelle 27 die Magnetspule 28 der als Schwingankerpumpe ausgebildeten Pumpe eine Einrichtung nach der Erfindung gespeist. Von einem Abgriff 28' der Magnetspule führt eine Leitung zu einem Schwellwertschalter 29, der einerseits eine Anzeigevorrichtung 13 und andererseits eine Steuerlogik 9 steuert. Die Steuerlogik 9 dient dazu, über eine Leitung 30 ein steuerbares elektrisches Ventil 31 zu steuern, das z.B. In the circuit diagram of FIG. 3, an alternating current source is used 27, the solenoid 28 of the pump, which is designed as a vibrating armature pump, is a device fed according to the invention. A line leads from a tap 28 'of the solenoid to a threshold switch 29, which on the one hand has a display device 13 and on the other hand a control logic 9 controls. The control logic 9 is used to input a line 30 to control controllable electric valve 31, e.g.
ein Transistor, Tyristor, Triac oder ein Relais sein kann.can be a transistor, thyristor, triac or a relay.
Die Steuerlogik 9 ist außerdem mit einem Zeitgeber 32 mit Rückstellung über eine reset-Leitung 35 verbunden. Dieser Zeitgeber kann ein Schwellwertschalter mit Widerstands-Kondensator-Netzwerk für die zeitintervallbestimmung oder ein Frequenzteiler sein, der durch einen Zählimpuls aus dem Wechselstromnetz betätigbar ist.The control logic 9 is also provided with a timer 32 with reset connected via a reset line 35. This Timer can be a Threshold switch with resistor-capacitor network for determining the time interval or a frequency divider that is generated by a counting pulse from the AC network is actuatable.
Bei der Schaltung nach Fig. 4 wird aus einer Gleich-oder Wechselstromquelle 41 ein die Pumpe treibender Universalmotor 42 betrieben, in dessen Antriebsstromkreis wieder, wie bei Fig. 3, ein steuerbares elektrisches Ventil 31 liegt. Mit dem Universalmotor 42 ist ein Drehzahl-Meßwertgeber 43 verbunden, der die Steuerlogik 9 beeinflußt, die ihrerseits über eine Leitung 45 das steuerbare elektrische Ventil 31 steuert. Auch hier ist die Steuerlogik 9 mit einem Zeitgeber 32 verbunden, der mit einer reset-Leitung 33 zusätzlich versehen ist. Durch Eingabe des "Pumpe-Aus-Signals" auf den reset-Eingang des beispielsweise als integrierte Zeitgeberschaltung ausgebildeten Zeitgebers wird der die Pumpe einschaltende Zeitgeber im Zeitpunkt des Ausschaltens der Pumpe zurückgesetzt, so dass jeweils zu diesem Zeitpunkt das Zeitintervall erneut beginnt und bis zum erneuten Einschalten der Pumpe dauert. In the circuit according to FIG. 4, a direct or alternating current source is used 41 a universal motor 42 driving the pump is operated in its drive circuit again, as in FIG. 3, a controllable electrical valve 31 is located. With the universal motor 42, a speed sensor 43 is connected, which influences the control logic 9, which in turn controls the controllable electrical valve 31 via a line 45. Here, too, the control logic 9 is connected to a timer 32, which is connected to a reset line 33 is additionally provided. By entering the "pump off signal" on the reset input of the, for example, designed as an integrated timer circuit The timer that switches the pump on at the time it is switched off becomes the timer the pump is reset so that the time interval is repeated at this point in time starts and lasts until the pump is switched on again.
Nach Fig. 5 wird aus einem Wechselstromnetz 50 eine umlaufende elektrische Antriebsmaschine 51 der Pumpe betrieben, in deren Stromkreis wiederum ein steuerbares elektrisches Ventil 31 liegt, das von einer Steuerlogik 9 gesteuert wird, die mit einem Zeitgeber 35 mit oder ohne reset verbunden sein kann. Die Steuerlogik 9 wird hier von einem auf der Welle der Antriebsmaschine 51 angeordneten Wechselstrom- oder Impulsgenerator 52 über eine Phasenvergleichsstufe 53 beeinflußt, welche die Phasennacheilung der Antriebsmaschine gegenüber der Netzphase als Maß für die Belastung der Pumpe ermittelt. Die Phasenvergleichsstufe 53 kann z.B. ein Schwellwertschalter sein, dessen Versorgungsspannung die Netzspannung oder ein Teil von dieser ist und der durch die von dem Wechselstrom- oder Impulsgenerator 52 erzeugten Wechselspannungen oder Impulse angesteuert wird. According to FIG. 5, an alternating current network 50 becomes a rotating electrical system Drive machine 51 operated the pump, in whose circuit in turn a controllable electrical valve 31 is located, which is controlled by a control logic 9, which with a timer 35 with or without reset can be connected. the Control logic 9 is arranged here by one on the shaft of the drive machine 51 AC or pulse generator 52 influenced via a phase comparison stage 53, which is the phase lag of the prime mover compared to the mains phase as a measure determined for the load on the pump. The phase comparator 53 may, for example, be a Be a threshold switch, the supply voltage of which is the mains voltage or a part of this and that generated by the alternating current or pulse generator 52 AC voltages or pulses is controlled.
Bei der Druckluftanlage nach Fig. 6 ist wie bei den vorher beschriebenen Anlagen ein Gefäß 1 einerseits über eine Leitung 2 mit einer Luftpumpe 3 mit Ansaugstutzen 4 verbunden, während andererseits über einen Leitungsstutzen 5,in dem sich ein Absperrorgan 6 befindet, Verbraucher angeschlossen sein können. Die Pumpe 3 ist mit einem Antrieb 7 gekuppelt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist über eine zusätzliche Leitung 60 an das Gefäß 1 eine zusätzliche kleine Hilfspumpe 61 mit Ansaugstutzen 62 angeschlossen. Die Hilfspumpe 61 ist mit einem Pumpenantrieb 63 versehen, dessen relativ geringe Leistung hier als indirektes Maß für den jeweiligen Druckzustand dem Gefäß 1 selbsttätig durch eine Vorrichtung 64 gemessen und zur Steuerung des Antriebs 7 der Hauptpumpe 3 benutzt wird. The compressed air system according to FIG. 6 is the same as with those previously described Plant a vessel 1 on the one hand via a line 2 with an air pump 3 with suction nozzle 4 connected, while on the other hand via a pipe socket 5, in which there is a shut-off device 6 is located, consumers can be connected. The pump 3 is with a drive 7 coupled. In the embodiment described here, there is an additional Line 60 to the vessel 1 is an additional small auxiliary pump 61 with suction nozzle 62 connected. The auxiliary pump 61 is provided with a pump drive 63, the relatively low performance here as an indirect measure of the respective pressure state the vessel 1 measured automatically by a device 64 and used to control the Drive 7 of the main pump 3 is used.
Während die Pumpe 3 nur zeitweise läuft, kann der Antrieb 63 der kleinen Hilfspumpe 61 im Dauerbetrieb laufen. Eine an die die Last der Hilfspumpe 61 ständig messende Vorrichtung 64 angeschlossene Anzeigevorrichtung 65 kann daher in Druckwerten geeicht, zur ständigen Anzeige des jeweils in dem Gefäß 1 herrschenden Druckes dienen. 66 ist eine von der Vorrichtung 64 beeinflußte Steuerlogik, die zur Steuerung des Betriebes der Hauptpumpe 3 über deren Antrieb 7 dient, mit dem sie über eine Leitung 67 verbunden ist. Dies geschieht in Abhängigkeit von der durch die Vorrichtung 64 gemessenen Belastung der Hilfspumpe 61. Diese Steuerung kann intermittierend oder aber auch stetig, indem die Hauptpumpe 3 schnell-er oder langsamer betrieben wird, geschehen. 68 ist ein zusätzlich zur Beeinflußung der Steuerlogik 66 dienender Signalgeber oder Schalter, der vorgesehen sein kann, um die Hilfspumpe intermittierend oder im Dauerbetrieb zu steuern.While the pump 3 only runs temporarily, the drive 63 of the small Auxiliary pump 61 run continuously. One to which the load of the auxiliary pump 61 constantly Measuring device 64 connected display device 65 can therefore in pressure values calibrated, serve to constantly display the pressure prevailing in the vessel 1. 66 is a control logic influenced by the device 64, which is used to control the The main pump 3 is operated via its drive 7, with which it is connected via a line 67 is connected. This takes place as a function of the data provided by the device 64 measured load of the auxiliary pump 61. This control can be intermittent or but also steadily, in that the main pump 3 is operated faster or slower, happen. 68 is a signal generator which is also used to influence the control logic 66 or switch that may be provided to intermittently or operate the auxiliary pump to control in continuous operation.
Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung beschränken sich nicht auf die hier im einzelnen beschriebenen und dargestellten Einzelheiten. So kann insbesondere in dem Gefäß 1 statt Überdruck auch Unterdruck aufrechterhalten werden. Auch sind noch andere als die beschriebene Vorrichtung zur Messung der Belastung (Leistunesaufnahme) des Pumpenantriebs während des Laufs der Pumpe als indirektes Maß für den jeweiligen Druckzustand in dem Gefäß oder Gefäßsystem denkbar, so beispielsweise Anordnungen von Magnetsonden im Bereich des Magnetfeldes eines elektrischen Pumpenantriebs, die nicht unmittelbar mit dem Pumpenantrieb verbunden zu sein brauchen. Hierzu gehören z.B. Hall-Generatoren, Hall-Feldsonden, magnetisch steuerbare Widerstände (Feldplatten), Spulen mit magnetischem Kern sowie überhaupt Spulen mit oder ohne Kern. Es wurde gefunden, daß derartige Anordnungen sehr empfindlich auf lastabhängige und somit als indirektes Maß für den Druckzustand in dem Gefäß geeignete änderungen der Magnetfelder elektrischer Pumpenantriebe, insbesondere bei Schwingankerpumpen, reagieren. Limit the possibilities for using and carrying out the invention does not apply to the details described and illustrated here in detail. In this way, in particular in the vessel 1, negative pressure can also be maintained instead of overpressure will. There are also devices for measuring the load other than those described (Power consumption) of the pump drive while the pump is running as indirect Measure for the respective pressure state in the vessel or vascular system conceivable, for example Arrangements of magnetic probes in the area of the magnetic field of a electric pump drive that is not directly connected to the pump drive need to be. These include e.g. Hall generators, Hall field probes, magnetic controllable resistors (field plates), coils with a magnetic core and in general Coils with or without a core. It has been found that such arrangements are very sensitive on load-dependent and thus as an indirect measure of the pressure state in the vessel suitable changes in the magnetic fields of electric pump drives, in particular with oscillating armature pumps, react.
Claims (21)
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