DE3624950A1 - Schaltvorrichtung fuer tauchmotorpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Bei den in Flüssigkeitssammelräumen abgesenkten Tauchmotor­ pumpen wird in den meisten Fällen ein automatischer Betrieb der Tauchmotorpumpe gewünscht. Dazu ist eine Vorrichtung erforderlich, mit deren Hilfe der in der Umgebung der Tauchmotorpumpe vorhandene Flüssigkeitsstand festgestellt und damit der Betriebszustand der Tauchmotorpumpe gesteuert werden kann.

Übliche Steuereinrichtungen sind die bekannten Schwimmerschalter der unterschiedlichsten Bauarten. Nachteilig ist hierbei deren Störanfälligkeit und die Gefahr, daß das Verbindungskabel zum Antriebsmotor beschädigt werden kann. Eine andere Störquelle bilden die innerhalb der zur fördernden Flüssigkeit befindlichen Schweb- und Feststoffe, welche ein Festklemmen des Schwimmerschalters bewirken können.

Die DE-OS 32 12 348 zeigt eine Regeleinrichtung, bei der auf der Basis des Schallimpedanzprinzips wirkende und mit einem Steuerkreislauf elektrisch verbundene Detektoren einen Nachweis für die An- bzw. Abwesenheit von zu pumpender Flüssigkeit liefern sollen. Dabei besteht die Gefahr, daß bei krustenförmigen Schmutzablagerungen das System außer Funktion gesetzt wird. Denn derartige Tauchmotorpumpen haben unterschiedlich stark verunreinigte Medien zu fördern, so daß mit erheblichen Verunreinigungen des Gehäuses zu rechnen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Tauchmotorpumpen eine Vorrichtung zu entwickeln, die unabhängig von Verschmutzungen in einem Flüssigkeits­ sammelraum den jeweiligen Füllstand erkennen kann und die Tauchmotorpumpe mit hoher Sicherheit ein- oder ausschaltet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches. In entsprechender Höhe an einer Tauchmotorpumpe oder einer separaten Meßeinrichtung angebrachte Sensoren können feststellen, ob die Tauchmotor­ pumpe von Flüssigkeit überdeckt ist oder nicht. Setzt sich im Verlauf der Betriebsdauer eine Schmutz- bzw. Schlammschicht auf den Sensoren ab, so sind diese im Gegensatz zu bekannten Ausführungen damit nicht außer Funktion gesetzt. Durch die Verwendung von mehreren Sensoren und vor allem deren unter­ schiedlichen räumlichen Anordnung zueinander, lassen sich bei einer verschmutzten bzw. mit Schlamm bedeckten Tauchmotor­ pumpe zwischen den einzelnen Sensoren unterschiedliche Leitfähigkeitswerte feststellen. Die Schaltung übernimmt die Messung und den Vergleich der Meßwerte sowie die entsprechende Weiterverarbeitung in Form des Ein- und Ausschaltens und der Anzeige des Betriebszustandes der Tauchmotorpumpe.

Würde nur ein Sensor Anwendung finden, der mit nassem Schlamm bedeckt wäre, so bestände folgende Gefahr: Durch die Messung der Leitfähigkeit der im Schlamm enthaltenen Flüssigkeit würde in fehlerhafter Weise ein nicht existenter Flüssigkeitsstand angezeigt und eine falsche Schaltfunktion ausgeübt werden. Jedoch aufgrund der mehreren in unterschiedlichen Höhen bzw. Abständen angebrachten Sensoren und deren Verknüpfung durch eine vergleichende Schaltung kann festgestellt werden, ob infolge der gemessenen unterschiedlichen Leitwerte zwischen den Sensoren Fördermedium oder schlammige Ablagerungen vorhanden sind oder nicht.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß mindestens vier die elektrische Leitfähigkeit messende Sensoren an der Tauchmotorpumpe und/oder der separaten Meßeinrichtung angebracht sind. Von diesen vier Sensoren weist je einer eine Einschalt-, Ausschalt- und Massefunktion auf, während der vierte Sensor als weiterer Einschalt- oder Referenzsensor fungieren kann. Mit Letzterem ist die Möglichkeit zu einem ständigen Abgleich des Systems gegeben.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß ein eine Alarmfunktion ausübender Sensor bei montierter Tauchmotorpumpe oberhalb eines höchsten, eine Einschaltfunktion ausübenden Sensors angebracht und unter Zwischenschaltung einer Verzögerungsschaltung mit der Schaltung verbunden ist. Damit soll sichergestellt werden, daß im Falle eines zu großen, von der Pumpe nicht zu bewältigenden Flüssigkeits­ stromes der Betreiber der Tauchmotorpumpe alarmiert wird. Durch die Zwischenschaltung einer Verzögerungsschaltung wird bei einem Auftreten von Schwallwasser ein sofortiges Ansprechen der Alarmeinrichtung verhindert und damit sichergestellt, daß nur bei tatsächlich zu hohem Wasserstand ein Alarm ausgelöst wird.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die eine Einschaltfunktion und/oder eine Alarmfunktion ausübenden Sensoren unter Zwischenschaltung eines Zeitrelais mit der Schaltung verbunden. Dies verhindert bei einem Ausfall des Ausschaltsensors, daß die Pumpe ständig läuft. Die Ausschalt­ funktion für die Pumpe übernimmt dann das Zeitrelais. Meldet danach jedoch der Einschaltsensor das Vorhandensein von Fördermedium, wiederholt sich der Laufzyklus der Tauchmotor­ pumpe. Erst wenn der Flüssigkeitsstand unterhalb des Einschaltsensors liegt, erfolgt ein endgültiges Abschalten der Tauchmotorpumpe. Die Pumpe läuft somit also in einem festlegbaren zeitlichen Intervallbetrieb.

Andere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, daß ein oder mehrere Einschaltsensoren auf gleicher Höhe angebracht sind oder daß einer der Sensoren als kapazitiver Sensor ausgebildet ist. Mittels dieser Maßnahmen kann eine Aufteilung des Meßbereiches auf mehrere Sensoren erfolgen und somit auch ein Ansprechen bei beispielsweise durch Öl verunreinigtes Fördermedium ermöglicht werden. So kann ein Sensor mit mehreren, verschiedene Empfindlichkeiten aufweisende Elektroniken nacheinander verbunden werden. Mittels einer Abfrage des Sensors durch die Elektronik ist somit auch ein exaktes Ansprechen bei Fördermedien mit unterschiedlichen Verunreinigungen möglich. Statt dessen ist auch der Einsatz mehrerer, unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisender Sensoren möglich.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 eine montierte Tauchmotorpumpe, die

Fig. 2 bis 4 verschiedene Aunordnungsschemata für die Sensoren an einer stilisierten Tauchmotorpumpe und die

Fig. 5 ein Schaltschema.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zeigt eine Tauchmotorpumpe (1), die in einem Flüssigkeitssammelraum (2) angeordnet ist, welcher mit einem Zuflußrohr (3) versehen ist. Die Flüssigkeit wird über eine Schlauch- oder Rohrleitung (4) abgepumpt. Die Energieversorgung erfolgt über eine Leitung (5).

Die Fig. 2 zeigt an einer in Arbeitsposition befindlichen stilisierten Tauchmotorpumpe (1) die Anordnung der Sensoren. Im Bereich der Ansaugöffnung (6) ist ein die Massefunktion ausübender Sensor (7) angebracht. Oberhalb desselben befindet sich ein Sensor (8) für die Ausschaltfunktion. Und im Bereich in der Höhe des gewünschten Einschaltniveaus sind zwei Sensoren (9, 10) für die Einschaltfunktion angebracht. Die Sensoren (7 bis 10) sind hier elektrisch verbunden mit einer innerhalb der Tauchmotorpumpe angebrachten - hier nicht dargestellten - Schaltung. Bei der Verwendung von Sensoren zur elektrischen Leitwertmessung erfolgt mittels der Schaltung ein Vergleich des zwischen den Sensoren gemessenen elektrischen Leitwertes. Die Verknüpfungen sind dabei folgender Art:

Ist zwischen dem Aus-Sensor (8) und dem Masse-Sensor (7) ein Leitwert meßbar, so bleibt die Einschaltfunktion aufrecht­ erhalten. Ist kein Leitwert meßbar, dann muß das Flüssigkeits­ niveau unterhalb des Aus-Sensors (8) abgesunken sein und es erfolgt ein Ausschaltbefehl. Registriert die Schaltung zwischen dem Masse-Sensor (7) und einer oder beiden Einschalt­ sensoren (9, 10) einen Leitwert, dann erfolgt ein Einschalt­ befehl. Werden zwischen dem Einschaltsensor (9) und dem Masse-Sensor (7) sowie zwischen dem Einschaltsensor (10) und dem Masse-Sensor (7) unterschiedliche Leitwerte gemessen, dann ist damit der Nachweis erbracht, daß schlammhaltige Flüssigkeit zu pumpen ist. Voraussetzung hierfür sind unterschiedliche Abstände zwischen den Einschaltsensoren (9, 10) und dem Masse-Sensor (7). Denn infolge der unter­ schiedlichen Abstände ergeben sich bei der Leitwertmessung zwischen den Sensoren unterschiedliche Werte, wenn schlammige Ablagerungen vorhanden sind.

Bei einer Anordnung der Sensoren gemäß Fig. 3 wird ein Einschaltsensor (9) und ein Alarmsensor (11) verwendet, wobei letzterer oberhalb des Einschaltsensors (9) angebracht wird. Mittels dieser Anordnung kann ein Alarmsignal gegeben werden, wenn der Flüssigkeitsstand ein maximales Niveau überschreitet. Für diesen Fall sieht die zugehörige Schaltung die Verwendung einer Verzögerungsschaltung vor. Diese verhindert das Ansprechen des Alarmsensors beim Vorhandensein von Schwall­ wasser. Erst bei tatsächlich überhöhtem Wasserstand spricht der Alarmsensor an.

Die Anordnung nach Fig. 4 sieht die Verwendung von mehreren Einschaltsensoren vor, wobei die hier verwendeten Sensoren (9, 12, 13, 14) jeweils nur bestimmte Meßbereiche für Öl-Emulsionen, Schlamm und Wasser erfassen. Die Sensoren werden mittels eines Taktgebers nacheinander abgefragt und deren Meßergebnisse gespeichert. Anschließend erfolgt dann die Auswertung in der Logikschaltung. Damit wird eine zuverlässige Messung auch bei denjenigen Flüssigkeiten sichergestellt, die sehr stark und vor allem unterschiedlich verunreinigt sind und somit mit einem einzelnen Sensor nicht zuverlässig erfaßbar wären.

Die Fig. 5 zeigt beispielhaft ein Schaltschema für eine die Sensoren verbindende Schaltung.

Ein Netzteil (15) versorgt einen Taktgeber (16) und das gesamte System mit Strom. Der Taktgeber (16) ist mit einem Alarmsensor (11), zwei Einschaltsensoren (9, 10), einem Masse-Sensor (7) und einem Ausschaltsensor (8) verbunden. Die Einschaltsensoren (9, 10) stehen mit einer ersten Vergleichslogik (17) in Verbindung, mit der festgestellt wird, ob an den Sensoren Schlamm oder abzupumpendes Fördermedium ansteht. Dies geschieht durch einen Vergleich der zwischen den Einschaltsensoren (9, 10) und dem Masse- Sensor (7) gemessenen elektrischen Leitwerten. Die erste Vergleichslogik (17) ist ebenso wie ein Alarmsensor (11) mit einer ersten Auswertlogik (18) verbunden. Hier wird entschieden, ob an den Sensoren nur kurzfristig Schwallwasser anliegt, oder ob ein erhöhter Wasserstand existiert, der eine Inbetriebnahme der Pumpe erfordert. Zur Feststellung dieser Entscheidung steht die erste Auswertlogik (18) mit einer zweiten Auswertlogik (19) in Verbindung, mittels derer die Alarmfunktion ausgelöst oder eine Zeitkonstante für den Motor und die Alarmeinrichtung ermittelt wird.

Die erste Auswertlogik (18) steht einmal direkt und ein zweites Mal indirekt unter Zwischenschaltung des Aus-Sensors (8) mit einer Schaltlogik (20) zur Festlegung der Schalt­ hysterese in Verbindung. Der Aus-Sensor (8) wiederum ist mit der zweiten Auswertlogik (19) für die Alarmfunktion verbunden.

Die zweite Auswertlogik (19) erhält Information von dem Alarmsensor (11), den beiden Einschaltsensoren (9, 10) sowie dem Aus-Sensor (8) und liefert unter Zwischenschaltung von Zeitschalteinheiten (22, 23) Steuerbefehle an die Motoransteuerungseinheit (21) sowie einen Alarmsummer (24).

Die Sensoren sind weiterhin mit einem Differenzverstärker (25) verbunden, dem ein Gleichrichter (26) mit Effektivwert­ bildung, ein Proportional-Integral-Verstärker (27) und ein Anzeigeinstrument (28) nachgeschaltet ist. Mit Hilfe dieser Bauteile kann eine analoge oder digitale Anzeige des vorherrschenden Verschmutzungsgrades erreicht werden. Die angezeigte Spannung ist hierbei eine Funktion des Verschmutzungsgrades.

Die Verzögerungsschaltung für den Alarmsensor (11) kann als separates Bauteil ausgeführt oder in eine der Logiken Inte­ griert werden.

Der Taktgeber (16) stellt sicher, daß die einzelnen Sensoren nacheinander abgefragt und der zwischen diesen Sensoren bestehende Leitwert gemessen wird. Die Ergebnisse dieser Messungen werden dann in der Vergleichslogik (17), den Auswertlogiken (18, 19) bzw. der Schaltlogik (20) verarbeitet und entsprechend den daraus resultierenden Ergebnissen eine oder mehrere Schaltfunktionen ausgelöst. Bei den Vergleichs­ und Auswertlogiken handelt es sich um handelsüblich aufgebaute Bauteile.

Claims (7)

1. Schaltvorrichtung für eine Tauchmotorpumpe, wobei vom Flüssigkeitsniveau beeinflußbare elektrische Sensoren den Betriebszustand der Tauchmotorpumpe regeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchmotorpumpe (1) und/oder eine separate Meßeinrichtung mit mehreren zueinander in unterschiedlichen Aubständen und/oder Höhen angebrachten Sensoren (7 bis 14) versehen ist, daß die Sensoren (7 bis 14) die elektrische Leitfähigkeit der Förderflüssigkeit messen und daß die Sensoren (7 bis 14) mit einer die einzelnen Meßwerte verarbeitenden Schaltung verbunden sind, wobei die Schaltung mittels der gemessenen und miteinander verglichenen Meßwerte den Betriebszustand der Tauchmotor­ pumpe (1) regelt, die Funktionsfähigkeit der Sensoren (7 bis 14) anzeigt und eine Alarmfunktion ausübt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier die elektrische Leitfähigkeit messende Sensoren (7 bis 10) an der Tauchmotorpumpe (1) und/oder der separaten Meßeinrichtung angebracht sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein eine Alarmfunktion ausübender Sensor (11) bei montierter Tauchmotorpumpe (1) oberhalb eines höchsten, eine Einschaltfunktion ausübenden Sensors (9, 10) angebracht und unter Zwischenschaltung einer Verzögerungs­ schaltung mit der Schaltung verbunden ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die eine Einschaltfunktion und/oder eine Alarmfunktion ausübenden Sensoren unter Zwischenschaltung eines Zeitrelais mit der Schaltung verbunden sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein oder mehrere Einschaltsensoren (9, 12, 13, 14) auf gleicher Höhe angebracht sind.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer der Sensoren als kapazitiver Sensor ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem ablagerungsfreien Teil der Tauchmotorpumpe ein Referenzsensor angebracht ist.