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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Flüssigkeitsbehälter
mit ein oder mehreren Pumpen, einer Steuereinrichtung, welche eine
oder mehrere Pumpen in Abhängigkeit von der Höhe
des Flüssigkeitsstandes in dem Behälter ein- oder
ausschaltet, und ein oder mehreren mit der Steuereinrichtung verbundenen
Sensoren zur Erfassung ein oder mehrerer Flüssigkeitsniveaus,
insbesondere Einschalt- und Ausschaltniveaus der Pumpen, und ein
Verfahren zum Betrieb solcher Vorrichtungen oder damit ausgestatteter
Anlagen.
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Solche
Vorrichtungen finden Verwendung bei Abwasserhebeanlagen, die unterhalb
der Rückstauebene eines Kanalsystems anfallendes Wasser zu
fördern haben und meist in Wohngebäuden angeordnet
sind. Sie dienen vor allem der Förderung von fäkalienhaltigem
Abwasser, das in den Kellern solcher Wohngebäude anfällt.
Daher werden sie auch vielfach als Fäkalienhebeanlagen
bezeichnet.
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Durch
die
DE 199 13 530
A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung
bekannt. In Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsstandes
in einem Behälter werden eine oder mehrere Pumpen ein-
oder ausgeschaltet. Zur Detektion der Flüssigkeitsniveaus dienen
mit der Steuereinrichtung verbundene Sensormodule, die an der Außenseite
einer Behälterwand angeordnet sind. Dabei sind die Sensormodule bezüglich
ihrer Auswertung auf ein oder mehrere vorgegebene Flüssigkeitsniveaus
festgelegt. Ein Sensormodul, welches auf der Oberfläche
des Sammelbehälters angeordnet ist, sendet Wellen aus,
die von der Oberfläche der im Sammelbehälter befindlichen Flüssigkeit
reflektiert werden. Aus der Laufzeit der Wellen wird der Abstand
des Flüssigkeitsstandes vom Sensormodul errechnet. Alternativ
finden in unterschiedlichen Höhen an der Seitenwand des Sammelbehälters
angeordnete Sensormodule Verwendung. Bei großen Zuläufen
entstehen Verwirbelungen in dem Behälter. Damit die Pumpen
keine Luft ansaugen, müssen die Ausschaltpunkte entsprechend
hoch ausgelegt werden. Dadurch geht Nutzvolumen verloren.
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Aus
der
EP 1 559 841 A2 ist
ein Abwassersammelschacht und ein Verfahren zu dessen Installation
und/oder zu dessen Betrieb bekannt, bei dem mittels einer Zeitmessvorrichtung
eine Zeitdauer zwischen der Erfassung von zwei unterschiedlichen
Höhen des Abwasserspiegels gemessen wird. Da sich das gewünschte
Ausschaltniveau der Pumpe außerhalb des Erfassungsbereichs
des Sensors befindet, wird in Abhängigkeit der gemessenen
Zeitdauer die erforderliche Förderzeit der Pumpe ermittelt.
Aus dieser bei eingeschalteter Pumpe gemessenen Zeitdauer wird mittels
eines Zeitmultiplikators die Förderzeit errechnet, nach
der ein bestimmtes vorgegebenes Ausschaltniveau der Pumpe erreicht
ist. Eine derartige Hochrechnung der erforderlichen Förderzeit
der Pumpe ist mit Unsicherheiten behaftet und es besteht die Gefahr,
dass unter das vorgegebene Ausschaltniveau abgesenkt wird. Bei Anwendungen
mit kleinen Behältervolumina, wie bei Abwasserhebeanlagen üblich,
ist ein solches Verfahren nicht verwendbar.
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Aus
der
DE 101 32 084
A1 ist eine Abwasserhebeanlage bekannt, die im Sinne einer
optimalen Betriebsweise ein möglichst großes Schaltvolumen besitzen
soll. Da die Grundfläche des Abwasserbehälters
und das höchst mögliche Einschaltniveau allgemein
durch die Abmessungen der Anlage vorgegeben bzw. begrenzt sind,
wird konstruktiv ein sehr niedriges Ausschaltniveau vorgesehen.
Dazu ist ein flexibel biegbares Rohrstück mit dessen erstem
Ende abgedichtet an der Saugöffnung der Pumpe befestigt und
dessen zweites bzw. freies Ende befindet sich näher an
dem Boden des Abwasserbehälters als die Saugöffnung.
Das flexibel biegbare Material des Rohrstückes hat den
Nachteil, dass es bei einer Förderung von mit festen Beimengungen
versetzten Flüssigkeiten beim Abpumpvorgang aufgrund des Unterdrucks
oder eines Umbiegens durch Feststoffe einklappt und es zu einer
Verstopfung der Saugöffnung kommen kann.
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Der
Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, die mit wenig aufwendigen Mitteln
unter besserer Ausnutzung des verfügbaren Behältervolumens
und bei wechselnden Betriebsbedingungen ein sicheres Ausschaltniveau
für die Pumpen herbeiführt.
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Die
Lösung des Problems sieht vor, dass die Vorrichtung während
eines Betriebs das Ausschaltniveau mindestens einer der Pumpen anpasst.
Durch die flexible, während des Betriebs erfolgende Anpassung
der Ausschaltniveaus einer oder mehrerer Pumpen wird die Vorrichtung
wechselnden Betriebsbedingungen gerecht. Abhängig von Bedingungen
in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder in
einer mit der Vorrichtung ausgestatteten Anlage werden die Schaltniveaus,
nachfolgend auch Schaltpunkte genannt, angepasst. Diese werden während
des Betriebs gegebenenfalls zum Behälterboden hin oder von
diesem weg verschoben. Ein vorgegebenes, verfügbares Behältervolumen
wird dadurch besser ausgenutzt. Als zusätzlicher Vorteil
kann ein und dieselbe Vorrichtung oder eine mit der Vorrichtung
ausgestattete Anlage für verschiedene Anwendungen eingesetzt
werden.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Vorrichtung Ausschaltniveaus der Pumpen in Abhängigkeit
der Zulaufmenge der vom Behälter aufzunehmenden Flüssigkeit
anpasst. Durch die Berücksichtigung der Zulaufmenge, also
des Volumens pro Zeiteinheit, ist die Vorrichtung auch für
große Zulaufmengen geeignet. Dabei ist es möglich,
dass die Vorrichtung bei großer Zulaufmenge die Ausschaltniveaus
der Pumpen anhebt und/oder bei kleiner Zulaufmenge die Ausschaltniveaus
der Pumpen absenkt. Somit ist ein zuverlässiger Betrieb
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder einer
damit ausgestatteten Anlage auch bei zulaufbedingten Verwirbelungen
im Behälter und dadurch bedingten Lufteinschlüssen
in der Förderflüssigkeit sichergestellt. Während
Betriebsphasen oder bei Anwendungen, in denen überwiegend
kleine Zulaufmengen auftreten, muss keine zu große Sicherheitsreserve
in der Auslegung des Ausschaltpunkts einer Pumpe vorgehalten werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit ihrer
Steuereinrichtung während ihres Betriebs in der Lage, bei kleinen
Zulaufmengen die Ausschaltpunkte der Pumpen abzusenken und dadurch
das Behältervolumen optimal auszunutzen. Bei großen
Zulaufmengen werden voreingestellte Ausschaltniveaus beibehalten und/oder
die Ausschaltniveaus der Pumpen werden angehoben. Die Steuereinrichtung
und/oder in dieser hinterlegte Algorithmen sind dazu entsprechend
parametrierbar gestaltet.
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Die
Vorrichtung ist in der Lage, den Durchfluss der zulaufenden Flüssigkeit
zu ermitteln. Dies erfolgt ständig während eines
Betriebs der Vorrichtung, wobei eine Ermittlung des Durchflusses
kontinuierlich, in vorher festlegbaren Intervallen oder zu bestimmten
Ereignissen erfolgt.
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Es
hat sich als zweckmäßig erwiesen, dass die Vorrichtung
die Zulaufmenge durch Messen der Anstiegszeit des Flüssigkeitsniveaus
zwischen mindestens zwei Messniveaus ermittelt. Durch die in einer
Zeitmessvorrichtung der Steuereinrichtung gemessene Anstiegszeit
und dem bekannten Behältervolumen wird die Zulaufmenge
als Zulaufvolumen pro Zeiteinheit berechnet. In Abhängigkeit
der ermittelten Zulaufmenge werden die Ausschaltpunkte angepasst.
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Idealerweise
ist als ein erstes Messniveau ein Einschaltpunkt einer Pumpe gewählt
und ein zweites Messniveau ist darunter angeordnet. Die Ermittlung
der Zulaufmenge erfolgt mit Vorteil bei Stillstand der Pumpen und
vor jedem Einschalten einer Pumpe. Dadurch wird die Zulaufmenge
bei steigendem Flüssigkeitsniveau unmittelbar vor einem
Pumpvorgang ermittelt, womit zeitnah die Bedingungen vor einem Abpumpvorgang
für eine direkte Anpassung der Schaltniveaus herangezogen
werden können.
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Die
Steuerung ist in der Lage, in Abhängigkeit der Zulaufmenge
die Ausschaltniveaus der Pumpen aus mehreren verschiedenen Schaltniveaus auszuwählen.
Es ist von Vorteil, wenn die Schalt- und/oder Messniveaus durch
Sensoren mit ein oder mehreren einzelnen Schaltpositionen gegeben
sind. Somit kann in Abhängigkeit der Zulaufmenge eine Steuerung
entsprechend dem gewünschten Ausschaltniveau den geeigneten
Sensor zur Auswertung heranziehen und aufgrund von dessen Schaltsignalen
eine Schaltbedingung feststellen. Als Sensoren sind dabei verschiedene
Niveausensoren unter schiedlicher Messprinzipien geeignet. Die Sensoren können
im Behälter oder außerhalb des Behälters angeordnet
sein.
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Alternativ
ist die Steuereinrichtung mit einem Sensor zur Erfassung mehrerer
Flüssigkeitsniveaus verbunden. Ein solcher Sensor ermöglicht
die Erfassung einzelner oder aller erforderlicher Niveaus, also Einschaltniveaus
der Pumpen, Niveaus zur Messung der Anstiegszeit der Flüssigkeit
im Behälter sowie sämtliche Ausschaltniveaus der
Pumpen. Neben eines geringeren Anschlussaufwands erlaubt eine solche
Lösung eine flexiblere und feinere Abstufung von Schalt-
und/oder Messniveaus.
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Dabei
hat sich die Verwendung eines Sensors mit kontinuierlichem Ausgangssignal
bewährt. Dieser kann das Flüssigkeitsniveau im
Behälter stufenlos erfassen und der Steuereinrichtung durch
ein dem Flüssigkeitsniveau entsprechendes Ausgangssignal
zur Verfügung stellen. Dieses ist gegebenenfalls ein standardisiertes,
industrietaugliches Ausgangssignal. Dies bedeutet, dass sowohl ein
Anheben und/oder ein Absenken von Ausschaltniveaus als auch eine
Festlegung der Messniveaus bzw. Messpunkte zur Messung der Anstiegszeit
stufenlos realisiert werden kann.
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Die
Steuereinrichtung bildet dabei einfach ein oder mehrere Schalt-
und/oder Messniveaus. Die Grenzwerte einzelner und/oder aller Schalt-
bzw. Messniveaus werden in der Steuereinrichtung definiert. Dazu
sind in der Steuerung verschiedene Schalt- bzw. Messniveaus gespeichert
und/oder konfigurierbar, die je nach Anlagenbedingung Verwendung
finden. Eine Zuordnung kann mittels einer hinterlegten Tabelle erfolgen.
So sind beispielsweise in Abhängigkeit der Zulaufmenge
verschiedene alternative Ausschaltniveaus in einer Tabelle hinterlegt.
Eine Ermittlung der gewünschten Schaltniveaus kann ebenso
gut mittels hinterlegter Formeln erfolgen. Die vom Sensor erfassten
und in Form eines Sensorausgangssignals übermittelten Messwerte
werden in der Steuerung ständig auf eine Über-
oder Unterschreitung überwacht, um die erforderlichen Ein-
bzw. Ausschaltungen der Pumpen zu steuern sowie um Start- und Stoppniveau
von Messungen zu erkennen.
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Alternativ
ist vorgesehen, dass die Messung der Zulaufmenge durch ein am Zulaufrohr
angeordnetes Messgerät erfolgt. Durch ein solches Messgerät
ist die Zulaufmenge ständig messbar. Als Vorteil hat sich
erwiesen, die Messung der Zulaufmenge jederzeit und unabhängig
von eventuell gerade stattfindenden Abpumpvorgängen der
Pumpen durchzuführen. Eine ständige Berücksichtigung
der Zulaufmenge führt zu einer noch exakteren Anpassbarkeit
der Ausschaltniveaus an die gerade vorhandenen Bedingungen. Als
am Zulaufrohr angeordnete Messgeräte eignen sich beispielsweise
Ultraschallmessgeräte oder magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte.
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Als
Sensoren zur Erfassung des Flüssigkeitsniveaus sind Sensoren
unterschiedlicher Messprinzipien geeignet, deren Messsignale Rückschlüsse
auf das Behälterniveau erlauben. Die Erfindung ist nicht
auf ein bestimmtes Messprinzip festgelegt. Exemplarisch seien eine
Erfassung des Flüssigkeitsniveaus mittels einer hydrostatischen
Druckmessung, einer Ultraschallmessung, mittels optischer oder kapazitiver
Prinzipien oder mittels geführter Mikrowelle genannt. Die
Sensoren können ganz oder teilweise im Behälter
angeordnet sein. Die Messung des Flüssigkeitsniveaus kann
auch durch ein oder mehrere, außen am Behälter
angeordnete Sensoren erfolgen. Bewährt hat sich eine Messung
des Flüssigkeitsniveaus durch einen im Behälter
angeordneten Schwimmer, dessen Hubbewegung in ein dem Flüssigkeitsniveau
entsprechendes Ausgangssignal gewandelt ist. Solche Niveausensoren,
bei denen ein Schwimmkörper je nach Flüssigkeitsstand
im Behälter einen detektierbaren Hub durchführt,
stellen zudem eine kostengünstige Lösung dar.
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Vorteilhafterweise
verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über
Mittel zur Erkennung unzulässig großer Zulaufmengen
und/oder Mittel zur Erzeugung von Alarmen.
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Ein
Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung oder einer damit ausgestatteten Anlage sieht vor, dass
während eines Betriebs das Ausschaltniveau mindestens einer
der Pumpen angepasst wird. Dies kann in Abhängigkeit der
Zulaufmenge der vom Behälter aufzunehmenden Flüssigkeit
erfolgen.
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Es
ist vorgesehen, dass bei großer Zulaufmenge Ausschaltniveaus
der Pumpen angehoben werden und/oder bei kleiner Zulaufmenge Ausschaltniveaus
der Pumpen abgesenkt werden.
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Es
hat sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Durchfluss
der zulaufenden Flüssigkeit ermittelt wird. Die Zulaufmenge
wird vorteilhaft durch Messen der Anstiegszeit des Flüssigkeitsniveaus
zwischen mindestens zwei Messniveaus ermittelt.
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Dabei
ist es von Vorteil, wenn als ein erstes Messniveau ein Einschaltpunkt
einer Pumpe gewählt wird und ein zweites Messniveau darunter
angeordnet wird. Durch die in einer Zeitmessvorrichtung der Steuereinrichtung
gemessene Anstiegszeit und dem bekannten Behältervolumen
wird die Zulaufmenge als Zulaufvolumen pro Zeiteinheit berechnet.
Je nach aktuell ermittelter Zulaufmenge werden die Ausschaltpunkte
angepasst.
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Dabei
kann eine Anpassung der Schaltpunkte aufgrund einer vorangegangen
Messung zu einer vollständigen und größtmöglichen
Anpassung der Schaltpunkte bereits für den nächsten
Abpumpvorgang führen, was zu einer schnellen Verfügbarkeit des
optimalen Behältervolumens führt. Ebenso ist vorgesehen,
dass mehrere vorangegangene Messungen entsprechend gewichtet in
die Anpassung der Schaltpunkte eingehen und beispielsweise erst ein
nachhaltig anhaltender Trend zu geringeren Zulaufmengen ein Absenken
der Ausschaltpunkte bewirkt bzw. ein Trend zu größeren
Zulaufmengen erkannt wird und erst dann eine dementsprechende Reaktion
eingeleitet wird.
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Ein
vorteilhaftes Verfahren ermöglicht die Ermittlung der Zulaufmenge
bei Stillstand der Pumpen und vor jedem Einschalten einer Pumpe.
In Abhängigkeit der Zulaufmenge können die Ausschaltniveaus
der Pumpen aus mehreren verschiedenen Schaltniveaus ausgewählt
werden.
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Dabei
ist es von Vorteil, wenn die Schalt- und/oder Messniveaus durch
Sensoren mit ein oder mehreren einzelnen Schaltpositionen gegeben
sind.
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Außerdem
wird vorgeschlagen, dass mehrere Flüssigkeitsniveaus durch
einen mit einer Steuereinrichtung verbundenen Sensor erfasst werden.
Bewährt hat sich ein Verfahren, bei dem ein Sensor mit kontinuierlichem
Ausgangssignal verwendet wird.
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Besonders
flexibel ist ein Verfahren, wonach ein oder mehrere Schalt- und/oder
Messniveaus von der Steuerung gebildet werden. So sind die Grenzwerte
einzelner bis aller erforderlicher Niveaus je nach Anlagen- und
Betriebsbedingungen definierbar.
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Ein
alternatives Verfahren nutzt zur Messung der Zulaufmenge ein am
Zulaufrohr angeordnetes Messgerät.
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Die
Messung des Flüssigkeitsniveaus kann durch ein oder mehrere
außen am Behälter angeordnete Sensoren und/oder
durch einen im Behälter angeordneten Schwimmer erfolgen,
dessen Hubbewegung in ein dem Flüssigkeitsniveau entsprechendes Ausgangssignal
gewandelt wird.
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Bei
Anwendungen, für die eine Überwachung vorgesehen
ist, hat sich ein Verfahren bewährt, wonach unzulässig
große Zulaufmengen erkannt werden und/oder Alarme erzeugt
werden. Es sind zusätzliche Überwachungs- und
Diagnosefunktionen wie beispielsweise Pumpenlaufzeitüberwachungen
vorgesehen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung wird für Hebeanlagen
insbesondere für mit festen Beimengungen durchsetzte Flüssigkeiten,
also beispielsweise für Abwasserhebeanlagen, empfohlen.
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Es
ist zwar prinzipiell aus der
DE 39 18 294 A1 bekannt, eine Ermittlung
eines Behälterzustromes durch Messung der Fülldauer
während einer Stillstandszeit einer Pumpe durchzuführen.
Dazu wird ein Verfahren zum Überwachen der Arbeitsweise
und des Ausganges einer Abwasser-Pumpstation offenbart, wobei ein Überwachungsgerät
eine ständige Überwachung der Pumpenausgangswerte
ausführt und zu einem bestimmten, vorgegebenen Zeitpunkt die
Werte mit gemessenen Bezugswerten vergleicht. Die Bestimmung des
Behälterzustromes dient dabei nur einer den Behälterzustrom
berücksichtigenden Bestimmung des Durchsatzes der Pumpe.
Die aktuellen Pumpenwerte werden mit denjenigen Werten einer neuen
Pumpe verglichen, und eine Werteverschlechterung ist ein Indikator
für einen Pumpenverschleiß. Eine Anpassung der
Ausschaltpunkte in Abhängigkeit der gemessenen Zulaufmenge
ist nicht vorgesehen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
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1 eine übliche
Aufbauanordnung einer Hebeanlage für verschmutzte Flüssigkeiten,
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2 eine
Hebeanlage gemäß dem Stand der Technik,
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3 eine
Hebeanlage, welche mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung ausgestattet ist und mit einem erfindungsgemäßen
Verfahren betrieben wird,
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4 eine
weitere Anlage, die mit einer alternativen, ebenfalls der Erfindung
entsprechenden Vorrichtung ausgestattet ist und zum Betrieb mit
einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die
in der 1 dargestellte Anlage ist unterhalb der Rückstauebene 1 angeordnet,
die hier durch ein Dreieck gekennzeichnet wird. Die Anlage umfasst
einen Flüssigkeits- oder Sammelbehälter 2, der
an eine Abwasserleitung 3 angeschlossen ist, und eine Förderleitung 4,
die in einen Abwasserkanal 5 mündet. Im Sammelbehälter 2 ist
eine – nicht dargestellte – Kreiselpumpe angeordnet,
die aus der Abwasserleitung 3 zufließendes fäkalienhaltiges
und fäkalienfreies Abwasser über eine Rückschlagklappe 6 in
den Abwasserkanal 5 fördert.
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Die 2 zeigt
eine Hebeanlage gemäß dem Stand der Technik. Diese
ist mit einer Kreiselpumpe 7 ausgestattet, deren Elektromotor 8 mit
einer Steuereinrichtung 9 versehen ist. Die Kreiselpumpe 7 mit
Elektromotor 8 kann von der Steuereinrichtung 9 ein-
und ausgeschaltet werden. Der Kreiselpumpe 7 ist eine Rückschlagklappe 10 nachgeschaltet.
Die Hebeanlage besitzt einen Sammelbehälter 11 mit
einem Zulaufrohr 12, durch das Flüssigkeit in
den Behälter fließen kann. Im Sammelbehälter 11 ist
ein Schwimmerschalter 13 vorgesehen, der auf drei verschiedene
voreingestellte Flüssigkeitsstände anspricht:
bei einem Mindestflüssigkeitsstand gibt er das Signal zum
Stoppen eines Abpumpbetriebs "Pumpe AUS", bei einem normalen Höchstwasserstand
gibt er das Signal zum Starten eines Abpumpbetriebs "Pumpe EIN",
und bei einem den letztgenannten Pegel übersteigenden Wasserstand
meldet er "Hochwasser ALARM". Die Lage des Mindestflüssigkeitsniveaus „Pumpe
AUS" muss sämtliche Zulaufbedingungen berücksichtigen
und eine entsprechend hohe Sicherheitsreserve bieten, um zu verhindern,
dass die Kreiselpumpe 7 Luft ansaugt und nicht mehr fördert.
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Bei
einem Betrieb der Hebeanlage fließt durch das Zulaufrohr 12 Flüssigkeit
in den Sammelbehälter 11. Bei einem entsprechend
hohen Flüssigkeitsstand im Sammelbehälter 11 erhält
die Steuereinrichtung 9 vom Schwimmerschalter 13 durch
ein Schaltsignal den Befehl "Abpumpbetrieb EIN". Die Kreiselpumpe 7 wird
nun durch die Steuereinrichtung 9 eingeschaltet. Infolgedessen
sinkt der Flüssigkeitsstand im Sammelbehälter 11.
Sobald der Mindestflüssigkeitsstand erreicht ist, wird
die Kreiselpumpe 7 abgeschaltet.
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3 zeigt
eine Hebeanlage, die mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung ausgestattet ist. Auch diese Hebeanlage besitzt eine
Kreiselpumpe 14 mit Elektromotor 15, sowie einen
Sammelbehälter 16 und ein Zulaufrohr 17.
Die Kreiselpumpe 14 kann von einer mit dem Elektromotor 15 verbundenen,
programmierbaren Steuereinrichtung 18 ein- oder ausgeschaltet
werden. Die Steuereinrichtung 18 ist mit einer Zeitmessvorrichtung 19 und
einer Speichervorrichtung 20 ausgestattet. Die Steuereinrichtung 18 ist mit
Anzeige- und/oder Bedienmitteln versehen, die hier nicht dargestellt
sind. Am Sammelbehälter 16 sind in unterschiedlichen
Höhen außen an der Behälterwand mehrere
Senso ren 21, 22, 23 und 24 zur
Detektion jeweils eines Flüssigkeitsstandes angeordnet. Die
Sensoren 21, 22, 23 und 24 sind
mit der Steuereinrichtung 18 verbunden. Im Vergleich zu
der aus der 2 bekannten Hebeanlage sind
nun mehrere, hier zwei, Ausschaltniveaus für die Kreiselpumpe 14 vorgesehen,
die mit „Pumpe AUS 1" und mit „Pumpe AUS 2" gekennzeichnet
sind. Der Sensor 22 detektiert das Flüssigkeitsniveau „Pumpe
AUS 2" und der darunter angeordnete Sensor 21 das Flüssigkeitsniveau „Pumpe
AUS 1". Die Sensoren 23 bzw. 24 detektieren ein
Messniveau „Messung START" bzw. ein Messniveau „Messung
ENDE" zur Messung einer Anstiegszeit des Flüssigkeitsniveaus
im Sammelbehälter 16. Der Sensor 24 wird
gleichzeitig zur Messung eines Flüssigkeitsniveaus „Pumpe
EIN", also dem Einschaltniveau der Kreiselpumpe 14, verwendet,
das in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Flüssigkeitsniveau „Messung
ENDE" zusammenfällt. Es sind aber auch andere Lagen der
gewählten Messniveaus möglich.
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Während
eines Betriebes der mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ausgestatteten Hebeanlage fließt durch das
Zulaufrohr 17 Flüssigkeit in den Sammelbehälter 16.
Bei ausgeschalteter Pumpe 14 steigt ein Flüssigkeitspegel
im Behälter 16 an. Sobald das Flüssigkeitsniveau „Messung
START" erreicht ist, wird in der Steuereinrichtung 18 mit
der Zeitmessvorrichtung 19 die Messung der Anstiegszeit
des Flüssigkeitsstands im Behälter 16 gestartet.
Sobald das Flüssigkeitsniveau „Messung ENDE" erreicht
ist, wird die Messung der Anstiegszeit beendet. Aus der Anstiegszeit
und dem bekannten Behältervolumen ist die Zulaufmenge als
Zulaufvolumen pro Zeiteinheit bestimmbar. Sobald das Flüssigkeitsniveau „Pumpe ein"
erreicht ist, wird die Kreiselpumpe 14 von der Steuereinrichtung 18 eingeschaltet.
Der Abpumpvorgang bewirkt ein Absinken des Flüssigkeitsniveaus im
Behälter 16. Je nach ermittelter Zulaufmenge wird bis
zum Flüssigkeitsniveau „Pumpe AUS 2" oder bis zum
Niveau „Pumpe AUS 1" abgepumpt. Die Steuereinrichtung 18 wählt
dabei in Abhängigkeit der Zulaufmenge das Ausschaltniveau
der Pumpe aus den verschiedenen Schaltniveaus aus. Im Falle nicht
so großer Zulaufmengen wird das Ausschaltniveau dem Flüssigkeitsniveau „Pumpe
AUS 1" entsprechen. Bei hohen Zulaufmengen ist eine größere
Sicherheitsreserve zum Behälterboden erforderlich, damit
im Behälter entstandene Verwirbelungen und damit verbundene
Lufteinschlüsse nicht zu einem Ansaugen von Luft bei der
Kreiselpumpe 14 führen. Die Steuereinrichtung 18 kann
in Abhängigkeit der Zulaufmenge entsprechend dem gewünschten
Ausschaltniveau den geeigneten Sensor 21 oder 22 zur
Auswertung heranziehen und aufgrund von dessen Schaltsignal eine
Schaltbedingung feststellen, woraufhin die Kreiselpumpe 14 ausgeschaltet
wird.
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Durch
einen solchen Betrieb nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist ein zuverlässiger Betrieb der Vorrichtung
und der damit ausgestatteten Hebeanlage auch bei zulaufbedingten
Verwirbelungen im Behälter 16 und dadurch bedingten
Lufteinschlüssen in der Förderflüssigkeit
sichergestellt.
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Alternativ
ist vorgesehen, dass die Messung der Zulaufmenge durch ein am Zulaufrohr 17 angeordnetes,
hier nicht dargestelltes Messgerät erfolgt. Durch ein solches
Messgerät, wie beispielsweise ein Ultraschalldurchflußmessgerät
oder ein magnetischinduktives Druchflußmessgerät,
ist die Zulaufmenge ständig messbar. Die Messung der Zulaufmenge
ist damit jederzeit und unabhängig von eventuell gerade
stattfindenden Abpumpvorgängen der Pumpe 14 durchführbar.
Eine ständige Berücksichtigung der Zulaufmenge
führt zu einer noch exakteren Anpassbarkeit der Ausschaltniveaus
an die gerade vorhandenen Bedingungen.
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4 zeigt
eine weitere Anlage, die mit einer alternativen, ebenfalls der Erfindung
entsprechenden Vorrichtung, ausgestattet ist. Hier ist eine Steuereinrichtung 18 mit
nur einem Niveausensor 25 zur Erfassung des Flüssigkeitsniveaus
verbunden. Der Sensor 25 ist in der Lage, mehrere verschiedene
Flüssigkeitsniveaus im Sammelbehälter 16 zu
detektieren. Der Sensor 25 ermöglicht dadurch
die Erfassung aller erforderlicher Niveaus zur Steuerung der Kreiselpumpe 14.
In der Darstellung sind ein Einschaltniveau der Pumpe 14 „Pumpe
EIN", mehrere verschiedene Ausschaltniveaus „Pumpe AUS
1", „Pumpe AUS 2", „Pumpe AUS 3" und „Pumpe
AUS 4" sowie zwei Messniveaus „Messung ENDE" und „Messung START"
zur Messung einer Anstiegszeit des Flüssigkeitsniveaus
im Behälter 16 gezeigt. Der Niveausensor 25 besteht
aus einem Schwimmer 26, dessen – durch eine Veränderung
des Flüssigkeitsstands im Behälter 16 hervorgerufene – Hubbewegung über eine
Stange 27 eine Drehbewegung an einer Welle 28 hervorruft, und
einer Sensorelektronikeinheit 29, die die Drehbewegung
der Welle 28 in ein Ausgangssignal wandelt. Dies kann beispielsweise
mittels eines mit der Welle 28 verbundenen Potentiometers
erfolgen. Die Sensorelektronikeinheit 29 ist mit der Steuereinrichtung 18 verbunden
und stellt dieser ein – gegebenenfalls standardisiertes – Ausgangssignal zur
Verfügung.
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Während
eines Betriebes fließt durch das Zulaufrohr 17 Flüssigkeit
in den Sammelbehälter 16, woraufhin bei ausgeschalteter
Kreiselpumpe 14 das Flüssigkeitsniveau im Sammelbehälter 16 ansteigt. Die
vom Niveausensor 25 erfassten und in Form eines Sensorausgangssignals
an die Steuereinrichtung 18 übermittelten Messwerte
werden in der Steuereinrichtung 18 ständig auf
eine Über- oder Unterschreitung von bestimmten, vorgebbaren
Grenzwerten überwacht, um die erforderlichen Ein- bzw.
Ausschalthandlungen der Kreiselpumpe 14 zu steuern sowie
um Start- und Stoppniveau einer Anstiegszeitmessung zu erkennen.
Sobald das Flüssigkeitsniveau „Messung START"
erreicht ist, wird in der Steuereinrichtung 18 mit der
Zeitmessvorrichtung 19 die Messung der Anstiegszeit des
Pegels im Behälter 16 gestartet. Sobald das Flüssigkeitsniveau „Messung ENDE"
erreicht ist, wird die Messung der Anstiegszeit beendet. Da im gezeigten
Ausführungsbeispiel gleichzeitig das Flüssigkeitsniveau „Pumpe
EIN" erreicht ist, wird die Kreiselpumpe 14 von der Steuereinrichtung 18 eingeschaltet.
Der Abpumpvorgang bewirkt daraufhin ein Absinken des Flüssigkeitsstands
im Sammelbehälter 16. Die Steuereinrichtung entscheidet
in Abhängigkeit der ermittelten Zulaufmenge, welches der
vorgegebenen Ausschaltniveaus „Pumpe AUS 1" bis „Pumpe
AUS 4" massgeblich ist und dessen Erreichen bzw. Unterschreiten führt
zur Abschaltung der Kreiselpumpe 14.
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Neben
eines geringeren Anschlussaufwands erlaubt die dargestellte Lösung
eine flexiblere und feinere Abstufung von Schalt- und/oder Messniveaus. Ein
Anheben und/oder ein Absenken von Ausschaltniveaus oder auch eine
Festlegung von Messniveaus zur Messung der Anstiegszeit kann – wie
hier der Deutlichkeit halber dargestellt – aufgrund von
mehreren einzelnen konkreten Flüssigkeitsniveaus erfolgen,
ist aber mit einem solchen Niveausensor auch stufenlos realisierbar.
Die Steuereinrichtung 18 ist nämlich mit ihren
Algorithmen in der Lage, beliebige Schalt- und/oder Messniveaus
zu bilden. Dabei werden in der Steuereinrichtung 18 die
Grenzwerte einzelner und/oder aller Schalt- bzw. Messniveaus definiert.
Dazu sind in der Steuerung 18 und deren Speichervorrichtung 20 verschiedene
Schalt- bzw. Messniveaus gespeichert und/oder konfigurierbar, die
je nach Anlagenbedingung Verwendung finden. Eine Zuordnung kann
mittels einer hinterlegten Tabelle erfolgen, wobei beispielsweise
in Abhängigkeit der Zulaufmenge verschiedene alternative
Ausschaltniveaus in einer Tabelle hinterlegt sind. Eine andere Ermittlung
der gewünschten Schaltniveaus erfolgt mittels hinterlegter
Formeln. Besonders einfach ergibt sich ein Ausschaltniveau als Funktion
der gemessenen Anstiegszeit. Dazu ist ab Werk in der Steuereinrichtung 18 in
der Speichervorrichtung 20 ein Polynom gespeichert, das
während eines Betriebs der erfindungsgemäßen
Vorrichtung eine Bestimmung eines Ausschaltniveaus mittels des hinterlegten
Formelzusammenhangs oder Polynoms erlaubt. Eine große gemessene
Anstiegszeit führt zu einem relativ niedrigeren, näher
am Behälterboden befindlichen, eine kleine Anstiegszeit
zu einem relativ höheren Ausschaltniveau. Die Realisierung
eines „Hochwasser ALARM" ist ebenfalls mit dem Niveausensor 25 realisierbar.
Darüber hinaus sind Kombinationen mit Sensoren mit ein
oder mehreren einzelnen Schaltpositionen vorgesehen.
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Als
Sensor zur Erfassung des Flüssigkeitsniveaus eignen sich
auch Sensoren anderer Messprinzipien, wie beispielsweise andere
Schwimmkörpersensoren, hydrostatische Drucksensoren, Ultraschallsensoren,
optische, kapazitive oder Mikrowellensensoren. Ist die Kreiselpumpe 14 zur
Drehzahlregelung mit einem Frequenzumformer verbunden, kann die
Steuereinrichtung 18 in diesen integriert sein.
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Die
in 3 und 4 beschriebenen Vorrichtungen
und Verfahren sind auch bei Behältern einsetzbar, in denen
mehr als eine Kreiselpumpe angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen,
dass das Ausschaltniveau bei nur einer, bei mehreren oder bei allen
Pumpen angepasst wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19913530
A1 [0003]
- - EP 1559841 A2 [0004]
- - DE 10132084 A1 [0005]
- - DE 3918294 A1 [0032]