DE2718868A1

DE2718868A1 - Druckregeleinrichtung

Info

Publication number: DE2718868A1
Application number: DE19772718868
Authority: DE
Inventors: Walter Nicolai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-28
Filing date: 1977-04-28
Publication date: 1978-11-09

Description

BEZEICHNUNG: Druckregeleinrichtung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Gefäßsystem liefert.
Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
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.
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.
Das Stillsetzen des Pumpenantriebs erfolgt mittels der Steuerlogik in Abhängigkeit von der Erreichung eines bestimmten Werts der Leistungsaufnahme, die mittels der Vorrichtung gemessen wird.
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.
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.
ein Transistor, Tyristor, Triac oder ein Relais sein kann.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Patentansprüche 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, gekennzeichnet durch eine die Belastung (Leistungsaufnahme) des Pumpenantriebes während des Laufs der Pumpe als indirektes Maß für den jeweiligen Druckzustand in dem Gefäß oder Gefäßsystem selbsttätig messende Vorrichtung zur Steuerung des Pumpenantriebes.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem Gefäß oder Gefäßsystem vorgesehenes Druckbegrenzerventil durch die die Belastung messende Vorrichtung betätigbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einezum Stillsetzen der Pumpe durch Ausschalten oder Abkuppeln des Pumpenantriebs dienende Vorrichtung durch die die Belastung messende Vorrichtung betätigbar ist.
II. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit elektrischem Kraftantrieb der Pumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die die Belastung messende Vorrichtung eine in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall an einem im elektrischen Stromkreis des Antriebs der Pumpe liegenden ohm'schen, induktiven, kapazitiven oder temperatur- oder spannungsabhängigen Widerstand oder an einer Kombination dieser Widerstandsarten arbeitende Vorrichtung ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer als Pumpenantrieb dienenden rotierenden elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass die die Belastung messende Vorrichtung eine die Drehzahlveränderung der Maschine messende Vorrichtung ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer als Pumpenantrieb dienenden elektrischen Asynchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die die Belastung messende Vorrichtung eine die Schlupfwertveränderung der Maschine messende Vorrichtung ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer als Pumpenantrieb dienenden elektrischen Synchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die die Belastung messende Vorrichtung eine die Lastwinkelveränderung der Maschine messende Vorrichtung ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 od. 6 od. 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Leistungsaufnahme messende Vorrichtung in Abhängigkeit von der (Phasen-) Nacheilwinkelveränderung der Maschine gesteuert ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transduktor oder Magnetverstärker als induktiver Widerstand im Stromkreis des elektrischen Antriebs der Pumpe angeordnet ist, dessen Spannungsabfall den eine Funktion der Belastung darstellenden Messwert bildet.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromkreis des elektrischen Antriebs der Pumpe die Primärwicklung eines als induktiver Widerstand vorgesehenen Transformators (oder Spartransformators) angeordnet ist, an dessen Sekundärwicklung (bzw.

Teilwicklung bei einem Spartransformator) die eine Funktion der Belastung bildende Größe (Strom oder Spannung) als Meßwert abgegriffen wird.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Funktion der Belastung bildende Spannungsabfall an der Induktivität bzw. den Induktivitäten des elektrischen Antriebs der Pumpe oder der Spannungsabfall an Teilen davon den Meßwert bildet.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Induktivitäten des elektrischen Antriebs der Pumpe als Transformator (oder Spartransformator) ausgebildet ist, an dessen Sekundärwicklung (bzw. Teilwicklung bei einem Spartransformator) die als Meßwert dienende, eine Funktion der Belastung darstellende elektrische Größe abgegriffen wird.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen oder mehrere im Stromkreis des elektrischen Antriebs der Pumpe angeordnete steuerbare oder nicht steuerbare Gleichrichter, letztere in Verbindung mit einem zur Steuerung dienenden Transistor.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Pumpe einschaltender Zeit geber als ein von der Betriebswechselspannung des Pumpenantriebs synchronisierter Frequenzteiler oder Dekadenzähler ausgebildet ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Pumpe einschaltender Zeitgeber im Zeitpunkt des Ausschaltens der Pumpe zurückgesetzt wird (beispielsweise durch Eingabe des "Pumpe-Aus-Signals" auf den reset-Eingang einer integrierten Zeitgeberschaltung), so dass jeweils zu diesem Zeitpunkt das Zeitintervall des Zeitgebers erneut beginnt und bis zum nächsten Einschalten der Pumpe dauert.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ausser einer Hauptpumpe eine zusätzliche, kleinere Hilfspumpe mit besonderem Antrieb an das Gefäß oder Gefäßsystem angeschlossen ist und dass die Messung der Belastung nur an der Hilfspumpe bzw. deren Antrieb erfolgt.
17. Einrichtung nach Anspruch 16 oder einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspumpe ständig läuft, so dass die Messung ihrer Belastung einen kontinuierlichen, vom Betriebszustand der Hauptpumpe unabhängigen, als Steuer- und/oder Anzeigegröße geeigneten Meßwert liefert.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder47, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die selbsttätige Messung der Belastung gewonnene, den Meßwert bildende Größe durch Ansteuern unterschiedlicher Ansprechschwellen nachgeschalteter Schwellwertschalter sowohl zum Ein- als auch zum Ausschalten des Antriebs der Hauptpumpe dient.
19. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Anzeige- oder Registriergerät an die einen von der Belastung des Pumpenantriebs abhängigen Meßwert liefernde Vorrichtung angeschlossen ist.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer umlaufenden elektrischen Wechseistrommaschine als Pumpenantrieb die Veränderung von deren Phasennacheilalinkel gegenilher der Netzspannung als Maß für die Belastung der Pumpe dient.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer als Pumpenantrieb dienenden elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass die die Belastung (Leistungsaufnahme) messende Vorrichtung eine die änderung des von den Magneten oder magnetischen Werkstoffen der ruhenden oder/und beweglichen Teile des Pumpenantriebs erzeugten oder beeinflussten magnetischen Feldes messende Vorrichtung ist.