EP2831345B1

EP2831345B1 - Verfahren zum betreiben eines pumpenaggregats

Info

Publication number: EP2831345B1
Application number: EP13719012.0A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Diekmann; Olaf Klare; Frank Kleine-Benne
Original assignee: Wilo SE
Current assignee: Wilo SE
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: DE102012006444A1; WO2013143702A1; EP2831345A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Pumpenaggregats, insbesondere für eine Hebeanlage, zur Förderung einer Flüssigkeit über eine Druckleitung in eine Sammelleitung, bei dem das Pumpenaggregat einen ihm aus einer Mehrzahl vorgebbarer Soll-Volumenströme vorgegebenen Soll-Volumenstrom auf der Grundlage einer physikalischen Größe des Pumpenaggregat selbsttätig einstellt, wobei die Größe der von dem Pumpenaggregat aufgenommene Strom und/ oder eine von diesem abhängige Größe ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Pumpenaggregat für eine Hebeanlage, das zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie eine Hebeanlage, wobei die Hebeanlage einen Sammelbehälter zum Sammeln von Flüssigkeiten und ein Pumpenaggregat umfasst, mittels welchem das in dem Sammelbehälter befindliche Flüssigkeit über eine Druckleitung in die Sammelleitung gehoben wird, und wobei zumindest der höchste Punkt der Druckleitung geodätisch höher liegt als der Sammelbehälter. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Abwasserhebeanlage für Gebäude oder gebäudenahe Grundstücke zum Heben von häuslichem Ab- oder Niederschlagswasser aus dem Sammelbehälter, wobei die Sammelleitung eine Abwassersammelleitung ist.
Derartige Abwasserhebeanlagen sind bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2005 027 091 A1 und der EP 1 731 684 A1 . Sie werden dazu verwendet, Abwasser, das unterhalb der sogenannten Rückstauebene entsteht oder nicht mit Gefälle in die Kanalisation geleitet werden kann, zunächst zu sammeln und sodann in die Abwassersammelleitung über die sogenannte Rückstauschleife anzuheben und in die Kanalisation abzuführen. Das Abwasser wird dann rückstausicher abgeleitet. Auch bei Regenwasser, das unterhalb der Rückstauebene anfällt und nicht versickert, werden derartige Hebeanlagen eingesetzt. In der Regel wird eine Abwasserhebeanlage am tiefsten Punkt im Keller eines Gebäudes oder in einer Grube im gebäudenahen Grundstücksbereich aufgebaut. Auch kann sie in einem Schacht untergebracht werden. Das Ab- und/ oder Niederschlagswasser wird in einem Sammelbehälter gesammelt und mittels einer Fördereinrichtung aus diesem in die öffentliche Kanalisation gepumpt, wobei die geodätische Höhendifferenz zur Rückstauschleife überwunden wird.
Die Hebeanlage arbeitet automatisch je nach Befüllungsgrad des Sammelbehälters, wobei dann eine Niveauerfassung, beispielsweise mit Schwimmer, die Anlage aktivieren und gegebenenfalls auch deaktivieren kann. Dies bedeutet, dass das Pumpenaggregat der Hebeanlage lediglich ab und zu angeschaltet und für eine vergleichsweise kurze Zeit betrieben wird, nämlich solange, bis der Sammelbehälter auf ein baulich bedingtes, verbleibendes Restvolumen geleert ist.
Für die Pumpenaggregate derartiger Hebeanlagen werden ungeregelte Asynchronmotoren verwendet, die baulich bedingt lediglich eine einzige Drehzahl und damit eine bestimmte festgelegte Kennlinie aufweisen, die entsprechend durch die Leistung des Motors und die angetriebene Hydraulik gegeben ist. Je nachdem, welche Gesamtförderhöhe bei der Hebung der Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter in die Sammelleitung zu überwinden ist, d.h. welche Förderhöhe das Pumpenaggregat mindestens besitzen muss, wird das Pumpenaggregat seiner Leistung nach ausgewählt und in der Anlage eingebaut. Eine nachträgliche Anpassung der Förderhöhe des Pumpenaggregats an den tatsächlichen Anwendungsfall erfolgt nicht bzw. kann aufgrund der fehlenden Anpassbarkeit des Aggregats nicht erfolgen.
Des Weiteren sind die geodätische Förderhöhe und die Leitungslänge der Druckleitung bis zur Rückstauschleife oftmals nicht bekannt. Die Hebeanlage wird deshalb in der Praxis zur Sicherheit mit großer, hydraulischer Leistung bei konstanter Drehzahl betrieben, um sicherzustellen, dass das Abwasser auf jeden Fall in die Sammelleitung gefördert wird. Aus diesem Grunde sind die in den heutigen Abwasserhebeanlagen verwendeten Pumpenaggregate oftmals falsch dimensioniert. Dadurch kommt es nicht selten zu kavitierendem Betrieb des Laufrads, zu Klappenschlägen, störenden Fließgeräuschen, zu unnötig hohen Betriebskosten und/ oder Schäden an der Anlage oder Druckleitung und damit zu einem vorzeitigen Ausfall der Hebeanlage.
Es sind demgegenüber Pumpenaggregate bekannt, deren Differenzdruck geregelt ist, wobei ein gewünschter Differenzdruck einer bestimmten Förderhöhe der Pumpe entspricht, die an der elektronischen Regelung der Pumpe vorgegeben werden kann. Die Förderhöhe wird bei diesen Pumpenaggregaten aufgrund des Differenzdrucks eingestellt, der mittels eines Differenzdrucksensors oder mehrerer Drucksensoren oder rechnerisch aus anderen Größen des Pumpenaggregats ermittelt wird. Derartige Pumpen werden in geschlossenen hydraulischen Systemen eingesetzt, wie beispielsweise in Heiz- oder Kühlkreisläufen. Diese Pumpen können in Abwasserhebeanlagen nicht zum Einsatz kommen, weil die Abwassersammelleitung, in die das Abwasser zu fördern ist, Teil eines offenen Systems und damit drucklos ist.
Die US Patentanmeldung US 20070/0183902 A1 beschreibt ein Pumpensystem bestehend aus einer Pumpe, einem Pumpenmotor, einer Steuerung und einer Benutzerschnittstelle für eine Schwimmbadanwendung, wobei das System zur Erkennung einer Blockade aktuelle Betriebswerte mit zuvor für den Normalbetrieb abgespeicherten Betriebswerten vergleicht und eine Abweichung oder Überschreiten von Grenzwerten feststellt. Einen Einsatz dieses Verfahrens für eine Abwasserhebeanlage offenbart die US-Anlage nicht.
Die europäische Patentanmeldung EP 0150068 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung u. a. des Förderstroms Q bei Kreiselpumpen. Hierzu sind in einem Speicherelement, z.B. ein EPROM der Pumpe die Flächengleichung H=f(Q) und P=f(Q) jeweils für verschiedene diskrete Drehzahlen in expliziter Form gespeichert, so dass aus der gemessenen Leistung P und der gemessenen Drehzahl n der Förderstrom Q und die Förderhöhe H berechnet werden kann. Die Einstellung des Förderstroms Q erfolgt dann im Rahmen einer konventionellen PI-Regelung, wobei die Drehzahl als Stellgröße so eingestellt wird, dass der berechnete Ist-Förderstrom einem vorgegebenen Soll-Förderstrom entspricht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verfahren zum Betreiben eines Pumpenaggregats, bereitzustellen, durch das sich das Pumpenaggregat hinsichtlich seiner Leistung optimal an die konkreten baulichen Gegebenheiten selbsttätig anpasst und bedarfsgerecht betrieben wird. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Pumpenaggregat bereitzustellen, das sich hinsichtlich seiner Leistung optimal an die konkreten baulichen Gegebenheiten selbsttätig anpasst und bedarfsgerecht betreibbar ist. Insbesondere soll sich das Pumpenaggregat für die Verwendung in einer Hebeanlage eignen bzw. dafür eingerichtet sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Pumpenaggregat nach Anspruch 19 und eine Hebeanlage nach Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben und werden nachfolgend erläutert.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Pumpenaggregats, insbesondere für eine Hebeanlage, zur Förderung einer Flüssigkeit über eine Druckleitung in eine Sammelleitung vorgeschlagen, bei dem das Pumpenaggregat einen ihm aus einer Mehrzahl vorgebbarer Soll-Volumenströme vorgegebenen Soll-Volumenstrom auf der Grundlage einer physikalischen Größe des Pumpenaggregats selbsttätig einstellt, wobei die Größe der von dem Pumpenaggregat aufgenommene elektrische Strom und/ oder eine davon abhängigen Größe ist, und in dem Pumpenaggregat eine Tabelle hinterlegt ist, in der für jeden vorgebbaren Soll-Volumenstrom zu einer Mehrzahl diskreter Drehzahlen jeweils ein Wert der Größe zugeordnet ist, der einem durch die entsprechende Drehzahl und den entsprechenden Soll-Volumenstrom bestimmten Betriebspunkt des Pumpenaggregats entspricht, wobei der Volumenstrom des Pumpenaggregats anhand dieser Tabelle eingestellt wird, indem die Drehzahl so eingestellt wird, dass die Größe im Wesentlichen einem bestimmten, dem vorgegebenen Soll-Volumenstrom zugeordneten Wert entspricht.
Entgegen der nach dem Stand der Technik bei Heizungspumpen bekannten differenzdruckabhängigen Regelung der Förderhöhe, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Volumenstrom eingestellt. Dies erfolgt erfindungsgemäß rein gesteuert auf der Grundlage des von dem Pumpenaggregat aufgenommenen Stroms und/ oder einer davon abhängigen Größe. Eine von dem aufgenommenen elektrischen Strom abhängige Größe ist beispielsweise die elektrische oder mechanische Leistung des Pumpenaggregats, die Wicklungstemperatur oder der Gradient der Wicklungstemperatur. Aufgrund einer der vorgenannten Größen oder einer Kombination dieser Größen, wird erfindungsgemäß der Volumenstrom bei dem Pumpenaggregat eingestellt. Aus dem aktuellen Wert der Größe kann auf den Betriebspunkt des Pumpenaggregats geschlossen werden. Bevorzugt ist jedoch der aufgenommene elektrische Strom und/ oder die elektrische Leistung, weil diese Größen unmittelbar und eindeutig, verzögerungsfrei und mit hoher Präzision Auskunft über den aktuellen Betriebszustand des Pumpenaggregats liefern.
Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat ist zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Ein Pumpenaggregat umfasst eine Pumpeneinheit, eine Antriebseinheit und eine Steuerungseinheit, die baulich eine Einheit bilden können oder funktional zusammenwirken können. Soweit bei der Erfindung davon die Rede ist, dass das Pumpenaggregat in bestimmter Weise eingerichtet und/ oder einen bestimmten Verfahrensschritt ausführt, so ist dies in dem entsprechenden Zusammenhang auf eine der drei genannten Komponenten, insbesondere auf die Steuerungseinheit bezogen. Das Pumpenaggregat ist bevorzugt für die Verwendung in einer Hebeanlage vorgesehen, kann jedoch auch in beliebigen anderen Anwendungen eingesetzt werden, in denen eine Regelung anhand des Differenzdrucks nicht möglich oder zumindest nicht zielführend ist.
Erfindungsgemäß stellt das Pumpenaggregat einen vorgegebenen Soll-Volumenstrom unabhängig von der an seinem Einbauort benötigten Gesamtförderhöhe ein. Ist das Pumpenaggregat Teil einer Hebeanlage, in der es Flüssigkeit aus einem Sammelbehälter über die Druckleitung in die Sammelleitung fördern soll, stellt es seinen Volumenstrom unabhängig von dem Höhenunterschied zwischen dem Sammelbehälter und dem höchsten Punkt der Druckleitung selbsttätig ein. Die gesteuerte Aufrechterhaltung eines voreingestellten Volumenstroms verhindert, dass das Pumpenaggregat in unzulässige Betriebsbereiche gelangt, insbesondere unzulässig hohe Volumenströme erreicht, die im ungesteuerten oder ungeregelten Betrieb, insbesondere aber bei einer differenzdruckgeregelten Pumpe erreicht werden könnten. Es wird dadurch ein optimaler, sicherer Betrieb des Pumpenaggregats und damit gegebenenfalls auch der Hebeanlage erreicht.
Ein entscheidender Vorteil besteht darin, dass sich das Pumpenaggregat selbstadaptiert, d.h. die passende Drehzahlkennlinie für die vorliegenden Anlagenverhältnisse selbst einstellt, sodass eine Auslegung des Pumpenaggregats in einem bestimmten anwendungsspezifischen Leistungsbereich, insbesondere im Leistungsbereich der Hebeanlage nicht mehr erforderlich ist. Damit kann ferner eine Reduzierung der Variantenvielfalt erreicht werden, da nicht mehr für jeden zu überwindenden Höhenunterschied eine Hebeanlage mit einem speziellen Pumpenaggregat angeboten werden muss. Der mit der Installation der Abwasserhebeanlage betraute Fachmann braucht demgemäß keine Auslegung der Anlage, insbesondere der Hebeanlage mehr vorzunehmen, sondern lediglich -ohne dass ihm die Förderhöhe bekannt ist- manuell an dem Pumpenaggregat einen gewünschten standardmäßigen Volumenstrom, beispielsweise 12 m³/h, einzustellen, der dem Durchmesser der Druckleitung entsprechend eine optimale Strömungsgeschwindigkeit ergibt. Der Durchmesser ist dem Fachmann bei der Installation bekannt. Im Betrieb hält das Pumpenaggregat dann den vorgegebenen Volumenstrom konstant. Durch falsche Betriebspunkte hervorgerufene Probleme, wie kavitierender Betrieb, Klappenschläge, Fließgeräusche und/ oder ein vorzeitiger Ausfall der Anlage, werden dadurch effektiv vermieden.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Idee, den dem Pumpenaggregat vorgegebenen Soll-Volumenstrom rein gesteuert auf der Grundlage des von dem Pumpenaggregat aufgenommenen Stroms oder einer davon abhängigen Größe einzustellen, hat des Weiteren den Vorteil, dass auf jegliche Sensoren zur Messung des Volumenstroms oder des Drucks verzichtet werden kann. Es wird folglich bei dem erfindungsgemäßen Pumpenaggregat für die Einstellung des Volumenstroms weder ein Druck gemessen, noch ein Differenzdruck bestimmt. Vielmehr erfolgt die Steuerung des Volumenstroms allein aufgrund des elektrischen Stroms, der von dem Pumpenaggregat aufgenommen wird, oder einer davon abhängigen Größe, wie die elektrische oder mechanische Leistung oder die Temperatur in den Wicklungen des die Pumpen antreibenden Elektromotors oder der Temperaturgradient. Auch eine Kombination dieser Größen kann zur Einstellung des Volumenstroms herangezogen werden. Es müssen daher weder Volumenstromsensoren, noch Druck- oder Differenzdrucksensoren in dem Pumpenaggregat eingebaut werden. Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat weist daher auch keine derartigen Sensoren auf oder, soweit sie vorhanden sein können, verwendet es diese allenfalls nur zu Informationszwecken ohne ihre Messdaten im Rahmen der Volumenstromsteuerung zu verwenden.
Das Pumpenaggregat weist aber vorzugsweise zur Bestimmung des aktuellen Werts der Größe Mittel auf, die mit der Steuerung verbunden sind und dieser den Wert der aktuellen Größe liefern. Vorzugsweise ist dieses oder sind diese Mittel durch zumindest einen Sensor, z.B. einen Stromsensor, eine Leistungsmesseinrichtung, einen Temperatursensor und/ oder eine Einrichtung zur Erfassung der mechanischen Leistung, insbesondere des Drehmoments, gebildet, der oder die den Wert der entsprechenden Größe entweder direkt misst oder rechnerisch ermittelt. So kann die Stromaufnahme beispielsweise rechnerisch aus der gemessenen Spannung und der aufgenommenen Leistung ermittelt werden, die elektrische Leistung wiederrum aus dem gemessenen Strom und der gemessenen Spannung. Die mechanische Leistung kann beispielsweise aus der Messung des von dem Elektromotor abgegebenen Drehmoments und der eingestellten Drehzahl ermittelt werden, die die elektronische Steuerung des Pumpenaggregats kennt, weil sie die Drehzahl einstellt. Alternativ kann das Drehmoment auch aus dem gemessenen Strom und/ oder der gemessenen Spannung berechnet werden.
Die Vorgabe des Volumenstromsollwerts kann der Fachmann vorzugsweise über ein Eingabemittel am Pumpenaggregat vornehmen, beispielsweise über ein Drehpotentiometer, einen Impulsgeber und/ oder über einen oder mehrere Bedienknöpfe. Vorzugsweise kann das Pumpenaggregat eine Steuerung aufweisen, der der Soll-Volumenstrom dann vorgebbar bzw. vorgegeben ist, und die den Soll-Volumenstrom entsprechend einstellt. Die Eingabemittel können dann entsprechend an dieser Steuerung vorhanden sein. Die Steuerung kann baulich eine Einheit mit dem Pumpenaggregat bilden, insbesondere mit der den Elektromotor des Pumpenaggregats steuernden und bestromenden Elektronik. Alternativ kann sie fernab von dem Pumpenaggregat angeordnet und über eine Steuerleitung mit diesem verbunden sein. In dieser Ausführungsvariante gehören Steuerung und Pumpenaggregat funktional zusammen. Dem Pumpenaggregat oder der Steuerung wird der einzustellende Volumenstrom in diskreten Stufen vorgegeben, wobei die Stufen derart fein sein können, dass eine quasi-kontinuierliche Soll-Volumenstromvorgabe möglich ist.
Die Steuerung des Volumenstroms aufgrund der Stromaufnahme des Pumpenaggregats oder einer von der Stromaufnahme abhängigen Größe basiert auf der Erkenntnis, dass im Betrieb einer Pumpe bei einer bestimmten Drehzahl, ein bestimmter Volumenstrom einer bestimmten Stromaufnahme, einer bestimmten Leistung und/ oder einer bestimmten Temperatur bzw. einem bestimmten Temperaturgradienten in den Motorwicklungen entspricht. Die Drehzahl und der Wert der bei dieser Drehzahl vorliegenden Größe definieren einen bestimmten Betriebspunkt des Aggregats. Unter entsprechender Anwendung dieser Erkenntnis kann das Pumpenaggregat selbsttätig seine Drehzahl derart einstellen, dass die besagte Größe des Pumpenaggregats im Wesentlichen einem bestimmten, dem Soll-Volumenstrom zugeordneten Wert dieser Größe , insbesondere einem Stromaufnahmewert, einem Leistungswert oder einem Temperatur- oder Temperaturgradientenwert entspricht. Diese drehzahlbezogenen Werte können in dem Pumpenaggregat, insbesondere in der Steuerung hinterlegt sein. Die Drehzahl ist in dieser Ausführungsvariante entsprechend die Stellgröße im Rahmen der erfindungsgemäßen Steuerung des Pumpenaggregats.
Erfindungsgemäß ist in dem Pumpenaggregat, insbesondere in der Steuerung, eine Tabelle hinterlegt, in der für jeden vorgebbaren Soll-Volumenstrom zu einer Mehrzahl diskreter Drehzahlen jeweils ein Wert der Größe zugeordnet ist, der einem durch die entsprechende Drehzahl und den entsprechenden Soll-Volumenstrom bestimmten Betriebspunkt des Pumpenaggregats entspricht. Der aktuelle Volumenstrom des Pumpenaggregats kann dann anhand dieser Tabelle eingestellt werden. Dabei ist jedem Soll-Volumenstrom zu einer Vielzahl diskreter Drehzahlen jeweils ein Wert der Größe zugeordnet, damit eine genauere Einstellung des Soll-Volumenstroms erreicht wird. Damit liegt die Zuordnung in der Tabelle zu einer Vielzahl von Volumenströmen vor, vorzugsweise einschließlich zu einem Volumenstrom null. Dabei muss allerdings nicht jeder dieser Volumenströme auch ein einstellbarer Soll-Volumenstrom sein. Es genügt, wenn einige wenige oder jeder zweite Volumenstrom in der Tabelle ein einstellbarer Soll-Volumenstrom ist.
Da dem Pumpenaggregat erfindungsgemäß ein Volumenstromsollwert vorgegeben werden kann, ist dieser Volumenstromsollwert folglich einer von mehreren auswählbaren Volumenstromsollwerten. Aus diesem Grunde ist es sinnvoll, bei jedem vorgebbaren Volumenstromsollwert jeweils zu einer Mehrzahl insbesondere einer Vielzahl von Drehzahlen jeweils einen Wert der Größe zuzuordnen. Die erfindungsgemäße Tabelle kann dann gedanklich in einer Dimension, beispielsweise in Richtung der Zeilen, die verschiedenen, vorgebbaren Volumenströme, in der anderen Dimension, beispielsweise in Richtung der Spalten, die verschiedenen Drehzahlen umfassen, wobei an jedem Schnittpunkt einer Zeile und einer Spalte ein Tabellenelement mit zumindest einem Wert der Größe steht.
Werden zwei physikalische Größen des Pumpenaggregats zur Volumenstromeinstellung verwendet, beispielsweise die Stromaufnahme und die elektrische Leistung, sind jedem Drehzahl-Volumenstrom-Paar zwei Werte zugeordnet, nämlich ein Stromwert und ein Leistungswert. Alternativ oder zusätzlich kann jedem Drehzahl-Volumenstrom-Paar auch ein Wert der in diesem Betriebspunkt vorliegenden Gesamtförderhöhe in der Tabelle zugeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass die aktuelle Gesamtförderhöhe und die geodätische Förderhöhe aus dem aktuellen Zustand anhand der Tabelle bestimmt und angezeigt werden können, beispielsweise auf einem Display des Pumpenaggregats und/ oder einer fernab liegenden Anzeigeeinrichtung. Die geodätische Förderhöhe H_geo entspricht dem Höhenunterschied zwischen dem Pumpenaggregat und dem höchsten Punkt der Druckleitung. Sie bildet damit den statischen Anteil an der Förderhöhe. Demgegenüber wird die Gesamtförderhöhe neben dem statischen Anteil auch aus einem dynamischen Anteil gebildet, der durch die Förderung der Flüssigkeit entsteht. Fließt kein Fördermedium, die die geodätische Förderhöhe gleich der Gesamtförderhöhe.
Jeder Wert der besagten Größe des Pumpenaggregats definiert zusammen mit dem jeweiligen Drehzahlwert einen bestimmten Betriebspunkt des Pumpenaggregats im HQ-Diagramm. Die erfindungsgemäße Tabelle wird werkseitig in dem Pumpenaggregat, insbesondere in der Steuerung hinterlegt, d.h. gespeichert. Hierzu wird der aufgenommene Strom und/ oder der Wert der von dem Strom abhängigen Größe für jede Drehzahlkennlinie bei jedem Volumenstrom gemessen und in der Tabelle hinterlegt. Aufgrund dieser Tabelle kann folglich aus der Bestimmung des aktuellen Werts der Größe und der Kenntnis der vorliegenden Pumpendrehzahl auf den aktuell geförderten Volumenstrom, d.h. dem Ist-Volumenstrom geschlossen werden. So ist es dann möglich, einen bestimmten Volumenstrom, insbesondere den vorgegebenen Soll-Volumenstrom einzustellen indem die Drehzahl des Pumpenaggregats so eingestellt wird, dass die Größe im Wesentlichen einem bestimmten, dem vorgegebenen Soll-Volumenstrom zugeordneten Wert entspricht.
Es bietet sich dann das folgende Vorgehen zur Einstellung des vorgegebenen Soll-Volumenstroms an:

a Das Pumpenaggregats wird bei einer ersten Drehzahl betrieben,
b Anschließend wird der aktuelle Wert der Größe des Pumpenaggregats bestimmt und
c mit einem dem Soll-Volumenstrom bei der ersten Drehzahl zugeordneten Wert der Größe verglichen. Dies kann anhand der zuvor erläuterten Tabelle erfolgen. In Abhängigkeit dieses Vergleich kann dann
1. i die Drehzahl des Pumpenaggregats auf eine zweite Drehzahl erhöht werden, wenn der aktuelle Wert der Größe nicht im Wesentlichen gleich dem zugeordneten Wert ist, wobei die Schritte a, b und c anschließend mit der Maßgabe wiederholt werden, dass der Wert der ersten Drehzahl dem Wert der zweiten Drehzahl entspricht, oder
2. ii die eingestellte Drehzahl des Pumpenaggregats beibehalten wird, wenn der Wert der Größe im Wesentlichen gleich dem besagten zugeordneten Wert der Größe ist.

Wird als Größe des Pumpenaggregats im Sinne der Erfindung seine Stromaufnahme verwendet, gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt:

a Das Pumpenaggregats wird bei einer ersten Drehzahl betrieben,
b Anschließend wird der aktuell von dem Pumpenaggregat aufgenommene elektrischen Stroms bestimmt und
c mit einem dem Soll-Volumenstrom bei der ersten Drehzahl zugeordneten Stromwert verglichen. Dies kann anhand der zuvor erläuterten Tabelle erfolgen. In Abhängigkeit dieses Vergleich kann dann
1. i die Drehzahl des Pumpenaggregats auf eine zweite Drehzahl erhöht werden, wenn die Stromaufnahme nicht im Wesentlichen gleich dem besagten Stromwert ist, wobei die Schritte a, b und c anschließend mit der Maßgabe wiederholt werden, dass der Wert der ersten Drehzahl dem Wert der zweiten Drehzahl entspricht, oder
2. ii die eingestellte Drehzahl des Pumpenaggregats beibehalten wird, wenn die Stromaufnahme im Wesentlichen gleich dem besagten Stromwert ist.

Wird anstelle der Stromaufnahme beispielsweise die elektrische oder mechanische Leistung, die Wicklungstemperatur oder ihr Gradient verwendet, ist in den vorgenannten Schritten entsprechend diese Größe zu verwenden.
Das Pumpenaggregat, insbesondere die Steuerung vergleicht folglich den ermittelten, insbesondere gemessenen Wert der Größe mit dem bei der eingestellten Drehzahl erwarteten Wert und erhöht die Drehzahl des Pumpenaggregats, wenn dieser Wert geringer ist als der erwartete, d.h. zugeordnete Wert. Der Betrieb des Pumpenaggregats kann folglich in zumindest zwei Betriebsphasen unterteilt werden. Die erste Phase entspricht einer Hochlaufphase, in der die Drehzahl sukzessiv erhöht wird, bis diejenige Drehzahl gefunden ist, bei der der Wert der Größe, insbesondere die Stromaufnahme, dem dem Soll-Volumenstrom zugeordneten Wert entspricht. Ab dieser Drehzahl beginnt die Haltephase, in der die Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter mit dem vorgegebenen Volumenstrom heraus befördert wird. Die Hochlaufphase geht folglich in die Haltephase über, wenn über den Wert der Größe die richtige Drehzahl gefunden ist.
Die Wiederholung der Schritte a, b und c bedeutet, dass in jedem nächsten Schleifenschritt die erste Drehzahl nach der Drehzahlerhöhung programmtechnisch dem Wert der zweiten Drehzahl entspricht und bei dieser Drehzahl erneut der aktuelle Wert der Größe ermittelt und mit einem dem Soll-Volumenstrom bei diesem zweiten, höheren Drehzahlwert zugeordneten Wert der Größe verglichen wird. Entspricht der zugeordnete Wert im Wesentlichen dem aktuellen Wert, ist der gewünschte Soll-Volumenstrom erreicht. Anderenfalls wird der Wert, beispielsweise die Stromaufnahme, weiterhin zu gering sein, so dass erneut eine Erhöhung der Drehzahl auf eine dritte Drehzahl, bzw. einen dritten Drehzahlwert notwendig ist. Bei der Wiederholung der Schritte a, b, c wird dann dieser dritte Drehzahlwert als "erster Drehzahlwert" betrachtet. Bei dieser Drehzahl wird erneut der aktuelle Wert der Größe ermittelt und mit einem dem Soll-Volumenstrom bei diesem zweiten, höheren Drehzahlwert zugeordneten Wert der Größe verglichen. Die Wiederholung erfolgt solange und so oft, bis der Wert der Größe, also beispielsweise die Stromaufnahme, im Wesentlichen gleich einem zugeordneten Wert ist, also beispielsweise gleich dem besagten Stromwert ist. Dann ist ein Betriebspunkt erreicht, bei dem der geförderte Volumenstrom des Pumpenaggregats dem vorgegeben Soll-Volumenstrom entspricht.
Gemäß den vorstehenden Ausführungen bedeutet "im Wesentlichen", dass der Strom nicht exakt dem hinterlegten Wert entsprechen muss. Vielmehr genügt für die Feststellung einer Übereinstimmung, dass der Stromistwert im Bereich von beispielsweise maximal ±2%, vorzugsweise ±1 % des jeweiligen hinterlegten Stromsollwerts ist.
Grundsätzlich kann das Pumpenaggregat den eingestellten Soll-Volumenstrom bei jedem Betrieb, d.h. bei jedem Einschalten, anhand des beschriebenen Wertevergleichs einstellen. Dies bedeutet, dass es sich den Betriebspunkt jedes Mal erneut sucht, bei dem der gewünschte Volumenstrom vorliegt. Dies kann jedes Mal über den gesamten Drehzahlbereich erfolgen, d.h., dass das Pumpenaggregat bei einer ersten Drehzahl beginnt, die eine absolute Minimaldrehzahl des Pumpenaggregats ist. Die absolute Minimaldrehzahl kann beispielsweise im Bereich zwischen 5-200 U/min liegen. Diese Verfahrensvariante stellt eine "Plug-and-Play" Lösung dar, die universell für jeden Betriebsfall geeignet ist.
Es ist jedoch von Vorteil, wenn das Pumpenaggregat eine gewisse Intelligenz besitzt und insbesondere selbstlernend ist. Hierbei sind verschiedene Ausführungsvarianten möglich, die alternativ oder kumulativ verwendet werden können.
Eine erste Ausführungsvariante setzt auf der Erkenntnis auf, dass der vorgegebene Soll-Volumenstrom, unabhängig von einer konkreten Einbausituation des Pumpenaggregats, insbesondere in einer Hebeanlage, nicht mit jeder Drehzahl im unteren Drehzahlbereich erreicht werden kann. Um einen bestimmten Volumenstrom zu erreichen ist selbst bei einer minimalen Förderhöhe von beispielsweise 0,1 m eine bestimmte Mindestdrehzahl erforderlich. Dies bedeutet, dass unterhalb dieser Mindestdrehzahl keiner Drehzahl ein Wert der Größe, insbesondere kein Stromwert zugeordnet sein kann, weil es keinen solchen Betriebspunkt im HQ-Diagramm gibt.
Grundsätzlich kann daher an diesen Stellen fehlender bzw. unmöglicher Größenwerte in der Tabelle nichts stehen, 0 oder "nan" (not a number) eingetragen sein. Damit das erfindungsgemäße Verfahren wie oben beschrieben auf einfache Weise softwareimplementiert ablaufen kann, ist es von Vorteil, den Drehzahlwerten für jeden vorgebbaren Volumenstrom unterhalb der jeweiligen Mindestdrehzahl einen Wert zuzuweisen, der nie erreicht wird, beispielsweise null oder einen betraglich besonders hohen Wert oder gar einen negativen Wert. Da bei dem Wertevergleich lediglich die Übereinstimmung des aktuellen Werts der Größe mit einem erwarteten Wert durchgeführt wird, wird dieser Vergleich bei den vorgenannten Referenzwerten (0, besonders hoch oder nan) stets dazu führen, dass keine Übereinstimmung vorliegt so dass die Drehzahl erhöht wird.
Vorzugsweise kann vorgesehen werden, dass zunächst geprüft wird, bei welcher Drehzahl dem Soll-Volumenstrom in der Tabelle erstmals ein plausibler Wert der Größe zugeordnet ist. Diese Drehzahl stellt dann die Mindestdrehzahl dar und kann als erste Drehzahl bei dem Verfahren verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass nicht erst Drehzahlen angefahren werden, bei denen physikalisch bedingt der Soll-Volumenstrom nicht liegen kann. Der Soll-Volumenstrom wird dadurch schneller erreicht. Vorzugsweise kann diese Abfrage vor Schritt a, zumindest aber jedenfalls vor Schritt b oder Schritt c erfolgen.
Unter einem "plausiblen Wert" ist in diesem Sinne ein solcher Wert zu verstehen, der numerisch in der Tabelle vorhanden ist, also kein nan-Wert ist, und der weder null noch negativ, noch betraglich unmöglich groß ist. Die Ermittlung der Mindestdrehzahl kann auf einfache Weise durch eine Abfrage derart erfolgen, dass zunächst die erste anzufahrende Drehzahl, insbesondere die absolute Minimaldrehzahl des Pumpenaggregats, in der Steuerung verwendet wird, ohne dass diese bei dem Pumpenaggregat tatsächlich eingestellt wird, wobei dann geprüft wird, ob dem Soll-Volumenstrom bei dieser Drehzahl ein plausibler Wert der Größe zugeordnet ist, beispielsweise durch eine If-Abfrage der Gestalt {if I(n1, Q_soll) == nan} oder {if I(n1, Q_soll) < 0}. Ist dies nicht der Fall, wird die Drehzahl sofort auf die nächste höhere Drehzahl, d.h. der Drehzahlindex um eins erhöht, bei dem diese Abfrage erneut erfolgt. Dies erfolgt solange und so oft, bis die Bedingung nicht mehr erfüllt ist, d.h. ein plausibler Wert vorliegt. Die dann vorliegende Drehzahl kann bei dem aktuellen Betrieb als Startdrehzahl, d.h. erste Drehzahl, verwendet werden, die bei dem Pumpenaggregat entsprechend eingestellt wird und bei der eine erste Ermittlung des aktuellen Werts der Größe, beispielsweise eine erste Strommessung gemacht wird. Dieses Vorgehen kann grundsätzlich bei jedem Betrieb, d.h. bei jedem erneuten Einschalten des Pumpenaggregats erfolgen.
Zusätzlich kann aber vorgesehen sein, dass die Mindestdrehzahl als Startreferenzwert gespeichert wird und dass bei einem oder auch jedem nächstfolgenden Betrieb des Pumpenaggregats direkt dieser Startreferenzwert als erste Drehzahl verwendet wird. Die Speicherung der ermittelten Mindestdrehzahl als Startreferenzwert kann dadurch erfolgen, dass der numerische Wert dieser Mindestdrehzahl oder ein ihr zugeordneter Indexwert abgespeichert wird. Gemäß dieser Ausführungsvariante ist das Pumpenaggregat selbstlernend, wobei Erkenntnisse aus vorherigen Betrieben den aktuellen Betrieb des Pumpenaggregats optimieren.
Zusätzlich oder alternativ kann die Drehzahl des Pumpenaggregats als Zielreferenzwert gespeichert werden, wenn der aktuelle Wert der Größe im Wesentlichen gleich dem dem Soll-Volumenstrom zugeordneten Größenwert ist. Das Pumpenaggregat merkt sich folglich die gefundene Drehzahl, bei der der gewünschte Volumenstrom respektive der diesem zugeordnete Größenwert vorliegt. Bei einem nächstfolgenden Betrieb des Pumpenaggregats kann dann direkt dieser Zielreferenzwert angefahren werden. Dies hat den Vorteil, dass der Soll-Volumenstrom direkt eingestellt werden kann. Ein zeit- und rechenaufwändiger Wertevergleich kann dann grundsätzlich vollständig entfallen. Des Weiteren hat diese Variante den Vorteil, dass der eingestellte Ziel-Betriebspunkt bei jedem Betrieb derselbe ist, unabhängig von der Medienkonsistenz bzw. Dichte der zu pumpenden Flüssigkeit, die insbesondere bei häuslichen Abwässern in einer Hebeanlage erheblich variieren kann. Das Pumpenaggregat ist damit auch in dieser Hinsicht lernfähig und optimiert seine Betriebsweise selbsttätig.
Vorzugsweise kann zusätzlich vorgesehen werden, dass bei der Verwendung des Zielreferenzwerts als anzufahrende Drehzahl eine Anpassung des sich dann einstellenenden Betriebspunktes erfolgt. Hierdurch wird vermieden, dass der Betriebspunkt ungewollt und unbewusst deutlich von dem gewünschten Soll-Volumenstrom abweicht, beispielsweise in Folge von schleichenden Verschleißerscheinungen oder stark unterschiedlicher Medienkonsistenz. Eine Anpassung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Zielreferenzwert als erste Drehzahl bei den vorbeschriebenen Schritten a, b und c verwendet wird.
Da sich jedoch die Änderung des Betriebspunktes in Bezug zu dem Volumenstrom und/ oder der Drehzahl sowohl nach oben als auch nach unten verändern kann, ist es von Vorteil, auch den Stromvergleich derart auszugestalten, dass die Drehzahl in Abhängigkeit des Stromvergleichs nach oben und nach unten korrigiert werden kann. Beispielsweise kann Schritt c, i in dem nächstfolgenden Betrieb des Pumpenaggregats derart ausgebildet sein, dass die Drehzahl des Pumpenaggregats auf eine zweite Drehzahl reduziert wird, wenn der aktuelle Wert der Größe größer als der besagte zugeordnete Wert ist, und dass die Drehzahl des Pumpenaggregats auf eine zweite Drehzahl erhöht wird, wenn der aktuelle Wert der Größe kleiner als der besagte zugeordnete Wert ist. Anschließend können die Schritte a, b und c mit der Maßgabe wiederholt werden, dass der Wert der ersten Drehzahl dem Wert der zweiten Drehzahl entspricht, welche dann die erhöhte oder die reduzierte Drehzahl ist. Im Falle der Stromaufnahme als Größe bedeutet dies, dass die Drehzahl des Pumpenaggregats auf eine zweite Drehzahl reduziert wird, wenn die Stromaufnahme größer als der besagte Stromwert ist, und dass die Drehzahl des Pumpenaggregats auf eine zweite Drehzahl erhöht wird, wenn die Stromaufnahme kleiner als der besagte Stromwert ist.
Wird dann bei der Wiederholung der Schritte a, b c festgestellt, dass der aktuelle Wert der Größe, insbesondere die Stromaufnahme, im Wesentlichen gleich dem dem Soll-Volumenstrom bei der eingestellten Drehzahl zugeordneten Größenwert, insbesondere Stromwert ist, kann die eingestellte Drehzahl des Pumpenaggregats beibehalten werden, weil der gewünschte Soll-Volumenstrom erreicht ist.
Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn zu jedem Wert der Größe in der Tabelle zusätzlich der Wert der Gesamtförderhöhe H_ges(n_i, Q_Soll) des Pumpenaggregats zugeordnet hinterlegt ist. Damit ist es möglich, aus dem ermittelten aktuellen Wert der Größe die aktuelle Gesamtförderhöhe des Pumpenaggregats festzustellen. Dies kann dadurch erfolgen, indem bei der aktuell angefahrenen Drehzahl geprüft wird, welchem Soll-Volumenstrom der ermittelte aktuelle Wert der Größe zugeordnet ist oder am ehesten zugeordnet werden kann. Denn mit der aktuell eingestellten Drehzahl, dem aktuell vorliegenden Wert der Größe, beispielsweise der Stromaufnahme, und dem sich dann ergebenden Volumenstrom, ist der Betriebspunkt des Pumpenaggregats und damit auch die Gesamtförderhöhe eindeutig festgelegt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten kann zu den angefahrenen Drehzahlen, insbesondere zu jeder angefahrenen Drehzahl der entsprechend zugehörige aktuelle Wert der Größe des Pumpenaggregats abgespeichert werden. Dies bedeutet, dass Stützstellen einer Kurve in Abhängigkeit der Drehzahl aufgezeichnet werden. Diese ist charakteristisch für den Verlauf bzw. die Veränderung des Betriebspunktes in Abhängigkeit der Drehzahl. Das Abspeichern der Werte hat den Vorteil, dass diese auch noch später analysiert werden können, beispielsweise von dem Pumpenaggregat selbst, wenn ein Installateur oder Wartungstechniker Analysen am Pumpenaggregat vornimmt, oder sich am Pumpenaggregat anzeigen lassen möchte. Alternativ können die abgespeicherten Werte auch an eine externe Einrichtung, beispielsweise einen Computer, eine Steuer- und Kontrolleinrichtung oder ein mobiles Handheld-Gerät übertragen werden, beispielsweise über Kabel oder kabellos über eine der bekannten Nahfeldfunktechnologien wie Infrarot, Bluetooth, WLAN oder dergleichen. Dort können dann die Analysen und/ oder Auswertungen vorgenommen werden.
Erfindungsgemäß kann anhand der Tabelle aus dem aktuellen Wert der Größe oder aus den drehzahlbezogen abgespeicherten Größenwerten und der Drehzahl die geodätische Höhe des höchsten Punktes der Druckleitung ermittelt werden. Diese Ermittlung kann folglich augenblicklich erfolgen anhand des aktuellen Werts der Größe und/ oder nachträglich anhand der aufgezeichneten Werte. Da die geodätische Höhe des höchsten Punktes der Druckleitung derjenigen Förderhöhe gemäß HQ-Diagramm entspricht, ab der ein Förderstrom zu fließen beginnt, d.h. der Volumenstrom ungleich null ist, kann die Ermittlung beispielsweise dadurch erfolgen, dass diejenige Drehzahl, nachfolgend Eckdrehzahl genannt, bestimmt wird, bei der der aktuelle Wert der Größe nicht mehr im Wesentlichen einem in der Tabelle abgespeicherten Wert bei dem Volumenstrom 0 entspricht.
Die Eckdrehzahl kann also bei einem Hochfahren des Pumpenaggregats derart ermittelt werden, dass bei jeder eingestellten Drehzahl geprüft wird, ob der Wert der Größe demjenigen Wert entspricht, der bei der eingestellten Drehzahl dem Volumenstrom null zugeordnet ist, d.h. der bei einem Volumenstrom von null vorliegen sollte. Dies ist unterhalb der Eckdrehzahl der Fall. Wird nun die erste Drehzahl eingestellt, bei der der Wert der Größe nicht mehr dem Wert entspricht, der bei Volumenstrom null vorliegen müsste, liegt auch kein Volumenstrom von null vor. Vielmehr ist der Volumenstrom größer gleich null. Erfindungsgemäß kann nun diese eingestellte Drehzahl als Eckdrehzahl verstanden werden, weil die Anlagenverlustkurve bei den sehr niedrigen Volumenströmen im HQ-Diagramm sehr flach verläuft und daher keine gravierende Verfälschung der zu bestimmenden geodätischen Förderhöhe vorliegt. Demgegenüber könnte die Verwendung der zuletzt eingestellten Drehzahl zu einer deutlichen Verfälschung führen. Als geodätische Höhe des höchsten Punktes der Druckleitung kann nun die Gesamtförderhöhe verwendet werden, die ebenfalls in dem Tabellenfeld hinterlegt ist, das durch den Vergleich der Größenwerte ermittelt wurde, und bei dem der zugeordnete Volumenstrom bei der angefahrenen Drehzahl (Eckdrehzahl) erstmalig nicht mehr 0 ist.
Ein Ausschalten des Pumpenaggregats bei herkömmlichen Hebeanlagen erfolgt in der Regel niveaugesteuert, d.h. in Abhängigkeit des Pegels der in dem Sammelbehälter befindlichen Flüssigkeit. Fällt der Pegel unter einen bestimmten Grenzwert, d.h. ein bestimmtes Niveau, wird das Pumpenaggregat hart ausgeschaltet. Dies kann mittels Schwimmer, über kapazitive Sensoren oder andere bekannte Niveauerfassungsverfahren erfasst werden. Erfindungsgemäß kann vorgesehen werden, dass auch das Pumpenaggregat gemäß vorliegender Erfindung zumindest bei einem ersten Betrieb niveaugesteuert abgeschaltet wird, wobei eine Betriebsdauer T_B, T_SB des Pumpenaggregats abgespeichert wird. Diese kann dann in einem nächsten Betrieb verwendet werden, wie nachfolgend erläutert wird.
Gemäß einer anderen oder weiteren vorteilhaften Weiterbildung einer der vorbeschriebenen Ausführungsvarianten kann das Pumpenaggregat nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne einen Sanftauslauf ausführen, bei dem die Drehzahl allmählich reduziert wird. Dies hat den Vorteil, dass Druckstöße in der Druckleitung vermieden werden, die bei einem abrupten Ausschalten des Pumpenaggregats in Folge der sich in der Druckleitung befindlichen Wassersäule entstehen, die auf den sich hinter der Fördereinrichtung befindlichen geschlossenen Rückflussverhinderer zurück fällt. In dieser Ausführungsvariante umfasst der Betrieb des Pumpenaggregats folglich die Anlauf-, Halte- und die besagte Sanftauslaufphase.
Grundsätzlich kann der Beginn der Auslaufphase fest vorgegeben sein, d.h. nach einer vordefinierten Zeit ab Aktivierung des Pumpenaggregats. Es ist jedoch von Vorteil, den Zeitpunkt für den Beginn der Auslaufphase abhängig von dem konkreten Verwendungsfall zu machen, d.h. automatisch aus dem konventionellen Betrieb des Pumpenaggregats zu bestimmen. So kann die Hebeanlage in einem ersten Betrieb niveaugesteuert abgeschaltet werden, wenn der Wasserstand in dem Sammelbehälter ein bestimmtes Niveau erreicht oder unterschreitet, wobei eine Betriebsdauer des Pumpenaggregats abgespeichert wird. Diese Betriebsdauer kann beispielsweise die Gesamtbetriebsdauer vom Einschalten bis zum Ausschalten des Pumpenaggregats sein, d.h. die Dauer der Hochlauf- und Haltephase. Alternativ kann es die Dauer sein, für die das Aggregat bei erreichtem Soll-Volumenstrom läuft, d.h. die Dauer der Haltephase. Die Betriebsdauer ist abhängig von dem Volumen des Sammelbehälters, beträgt jedoch in der Regel weniger als eine Minute.
Danach kann das Pumpenaggregat in einem nachfolgenden Betrieb nach Ablauf einer Zeitspanne von 50-85%, vorzugsweise von 60%-75% der abgespeicherten Betriebsdauer den Sanftauslauf ausführen, bei dem die Drehzahl allmählich reduziert wird. Die Reduzierung kann kontinuierlich oder stufenweise, und gleichmäßig, z.B. linear, oder ungleichmäßig, z.B. exponentiell oder logarithmisch, sein.
Eine allmähliche, gleichmäßige Reduzierung kann beispielsweise derart sein, dass die Änderungsgeschwindigkeit weniger als 200 U/min pro Sekunde beträgt. Bei einer Drehzahl von 2400 U/min bei der eingestellten Soll-Förderhöhe würde dann der Auslauf wenigstens 12 Sekunden betragen. Entsprechend sollte der Auslauf 12s vor dem Ende der abgespeicherten Betriebsdauer erfolgen. Aus einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit (Gradient) kann das Pumpenaggregat nach der herausgefundenen Drehzahl bei Soll-Volumenstrom die Auslaufdauer bestimmen und entsprechend den Beginn des Auslaufs aus der zuvor abgespeicherten Betriebsdauer durch Subtraktion der Auslaufdauer ermitteln. Es kann also entweder der Gradient der Drehzahländerung oder die Auslaufdauer vorgegeben werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung muss die Drehzahl des Pumpenaggregats nicht zwingend bis auf null reduziert werden, bevor es ausgeschaltet wird. Vielmehr kann das Pumpenaggregat bereits dann ausgeschaltet werden, wenn ein minimaler Volumenstrom Q_Aus erreicht oder unterschritten wird. Dieser Weiterbildung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass unterhalb einer gewissen Drehzahl nur noch ein so geringer Volumenstrom existiert, dass der hinter der Pumpe liegende Rückflussverhinderer bzw. die Rückschlagklappe schon fast geschlossen ist. Ein Abschalten des Pumpenaggregats in diesem Zustand führt dazu, dass die Rückschlagklappe nur einen kleinen Schließweg zurücklegt und die Wassersäule in der Druckleitung beim Schließen nur wenig absackt. Der Druckstoß und die damit verbundene Geräuschemission sowie die mechanische Belastung der Teile beim Abschalten des Pumpenaggregats sind dann gering.
Der minimale Volumenstrom kann beispielsweise über den Wert der Größe, also beispielsweise über den aufgenommenen Strom, die Leistung und/ oder die Temperatur, und zusätzlich oder alternativ auch über die Drehzahl definiert werden. Wird gemäß einer ersten Variante der minimale Volumenstrom numerisch festgelegt, so kann beispielsweise anhand der Tabelle aus dem aktuellen Wert der Größe und der eingestellten Drehzahl der aktuelle Volumenstrom ermittelt und mit diesem minimalen Volumenstrom verglichen werden. Für das Abschaltkriterium ist dann lediglich der so ermittelte Ist-Volumenstrom mit einem vorgegebenen Minimalvolumenstrom zu vergleichen. Bei Erreichen oder unterschreiten dieses Minimalvolumenstroms wird das Pumpenaggregat dann abgeschaltet.
Alternativ kann der Ausschaltpunkt auch nur über die Größe oder nur über die Drehzahl bestimmt werden. Erreicht die Größe oder die Drehzahl einen zuvor festgelegten numerischen Wert, wird abgeschaltet. Wie bereits ausgeführt, ist der Volumenstrom bei dem Pumpenaggregat unterhalb der Eckdrehzahl null. Dies bedeutet, dass etwas oberhalb dieser Eckdrehzahl eine Drehzahl vorliegt, bei der der Minimalvolumenstrom vorliegt. Wird gemäß obiger Erläuterung die Eckdrehzahl ermittelt, kann dann beispielsweise dem Minimalvolumenstrom eine Ausschaltdrehzahl zugeordnet werden, die im Bereich 10%-60% der Eckdrehzahl liegt. Gemäß dieser Variante wird also kein fester numerischer Wert vorgegeben, vielmehr bestimmt das Pumpenaggregat selbst eine sinnvolle Ausschaltdrehzahl aufgrund der Eckdrehzahl. Alternativ kann die zuvor beschriebene Mindestdrehzahl gewählt werden, d.h. diejenige Drehzahl, bei der dem Soll-Volumenstrom erstmals ein plausibler Stromwert zugeordnet ist. Auch kann, bezogen auf die verwendeten diskreten Drehzahlstufen, die nächste oder übernächste unter dieser Mindestdrehzahl liegende Drehzahl verwendet werden.
Aufgrund der in der Tabelle hinterlegten Werte der Größe ist es möglich, durch Vergleich dieser Werte mit dem zu einer eingestellten Drehzahl aktuellen Wert der Größe den aktuellen Volumenstrom zu ermitteln. Somit kann anhand der Tabelle aus dem aktuellen Wert der Größe und der eingestellten Drehzahl der aktuelle Volumenstrom ermittelt werden.
Vorzugsweise kann der ermittelte Volumenstrom über die Zeit integriert werden. Hierdurch ist es möglich, den Wert des geförderten Volumenstroms des Pumpenaggregats zu bestimmten und gegebenenfalls weiter zu verarbeiten, insbesondere auszuwerten, anzuzeigen und/ oder weiterzuleiten. Bisher konnte das das geförderte Volumen allein mittels Pumpe nicht erfasst werden. Dafür waren die übliche Messtechnik wie Volumenstrom-Messgerät, Wärmemengenzähler oder alternative Messverfahren erforderlich. Aufgrund der genauen Kenntnis der Zusammenhänge von Pumpendrehzahl, Volumenstrom und der physikalischen Größe, insbesondere dem elektrischen Strom, die in einer Tabelle in der Pumpensteuerung hinterlegt und abgespeichert sind, ist es möglich, anhand der Betriebspunkte, die durch das Pumpenaggregat angefahren, durchlaufen und von der integrierten Messung der Größe, insbesondere der integrierten Strommessung erfasst werden, sowie anhand der Zeit, die das Pumpenaggregat in diesen Betriebspunkten arbeitet, das geförderte Volumen zu ermitteln. Auf kostenintensive Volumen-Messtechnik kann dadurch verzichtet werden. Weiterhin ist es möglich, Fördervolumen von Medien zu ermitteln, die auf Grund ihrer Spezifik (z.B. Konsistenz) schwer mit herkömmlicher Volumenmesstechnik erfassbar sind.
Das erfolgt vorzugsweise durch ein Programm in der Steuerungseinheit, welches die Verlaufsfunktion des Volumenstroms, der aus der hinterlegten Tabelle anhand der bekannten Drehzahl und des bekannten elektrischen Stromes ermittelt wird, über die Pumpenlaufzeit integriert und so das geförderte Volumen ermittelt. Durch Einbeziehung einer Temperaturmessung des Fördervolumens kann vorzugsweise auch eine Wärmemengen-Zählung erfolgen, beispielsweise für die Heizungs- oder Solartechnik.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung einer der vorbeschriebenen Ausführungsvarianten kann der ermittelte aktuelle Volumenstrom, die ermittelte geodätische Höhe des höchsten Punktes der Druckleitung und/ oder die ermittelte Gesamtförderhöhe auf einem Display, insbesondere des Pumpenaggregats, angezeigt werden. Hierdurch werden einem Benutzer unmittelbar der Betriebszustand des Pumpenaggregats, und insbesondere deren Einbausituation in der Hebeanlage-angezeigt. Die Darstellung auf dem Display kann als numerischer Zahlenwert und/ oder als Grafik erfolgen. Das Display kann Teil der Steuerung, insbesondere Teil des Gehäuses der Steuerungselektronik des Pumpenaggregats oder Teil einer externen Steuer- und Anzeigeeinrichtung sein.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn aus zumindest zwei der ermittelten, insbesondere abgespeicherten Werte der Größe und den zugehörigen angefahrenen Drehzahlen anhand der Tabelle die entsprechend durchlaufenen Betriebspunkte des Pumpenaggregats ermittelt und daraus eine Anlagenkurve bestimmt wird, die auf einem Display angezeigt wird. Das Display kann auch das zuvor genannte Display sein. Dieser Idee liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Anlagenverlustkurve durch einen quadratischen mathematischen Zusammenhang von Gesamtförderhöhe und Volumenstrom bestimmt ist. Bereits zwei Punkte genügen, um diese Kurve eindeutig festzulegen, jedoch können auch mehrere Betriebspunkte d.h. entsprechende Größenwerte für die Bestimmung der Anlagenverlustkurve verwendet werden,
Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Pumpenaggregat zur Förderung einer Flüssigkeit über einer Druckleitung in eine Sammelleitung vorgeschlagen, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Dabei kann dem Pumpenaggregat ein von ihm zu fördernder Soll-Volumenstrom vorgegeben werden. Es ist derart eingerichtet, dass es seinen Volumenstrom entsprechend der Vorgabe auf der Grundlage einer physikalischen Größe des Pumpenaggregats selbsttätig einstellt, wobei die Größe der von dem Pumpenaggregat aufgenommene Strom oder eine von diesem abhängige Größe ist.
Auch hier ist eine von dem aufgenommenen elektrischen Strom abhängige Größe wie zuvor erläutert beispielsweise die elektrische oder mechanische Leistung des Pumpenaggregats, die Wicklungstemperatur oder der Gradient der Wicklungstemperatur.
Ferner wird erfindungsgemäß auch eine Hebeanlage mit einem Pumpenaggregat der vorbeschriebenen Art vorgeschlagen. Die Hebeanlage umfasst einen Sammelbehälter zum Sammeln von Flüssigkeit und das Pumpenaggregat, mittels welchem die in dem Sammelbehälter befindliche Flüssigkeit über die Druckleitung in die Sammelleitung hebbar ist, wobei zumindest der höchste Punkt der Druckleitung geodätisch höher liegt als der Sammelbehälter.
Die Hebeanlage kann eine Abwasserhebeanlage für Gebäude oder gebäudenahe Grundstücke zum Heben von häuslichem Ab- oder Niederschlagswasser sein, wobei dann die Sammelleitung eine Abwassersammelleitung ist. Die Erfindungsgemäße Abwasserhebeanlage eignet sich insbesondere für Gebäude und gebäudenahe Grundstücke nach DIN EN 12050 (-1).
Das Pumpenaggregat kann eine Steuerung aufweisen, der der Soll-Volumenstrom vorgebbar ist und die den Soll-Volumenstrom einstellt. Vorzugsweise ist in der Steuerung eine Tabelle hinterlegt, in der für den vorgebbaren Soll-Volumenstrom oder den vorgebbaren Soll-Volumenströmen zu eine Mehrzahl diskreter Drehzahlen jeweils ein Wert der Größe zugeordnet, der einem durch die entsprechende Drehzahl und den entsprechenden Soll-Volumenstrom bestimmten Betriebspunkt des Pumpenaggregats entspricht.
Das Pumpenaggregat kann ferner einen Frequenzumrichter aufweisen, dem von der Steuerung zur Einstellung einer bestimmten Drehzahl eine bestimmte Frequenz vorgebbar ist. Des Weiteren kann das Pumpenaggregat eine Pumpe und einen elektronisch kommutierten Synchronmotor oder einen Asynchronmotor aufweisen, der die Pumpe antreibt. Elektromotor und Pumpen bilden baulich eine Einheit. Der elektronisch kommutierte Synchronmotor weist einen permanentmagnetischen Rotor auf. Ferner kann er von einem Frequenzumrichter gespeist werden. In dieser Ausführungsvariante werden die Drehzahl des Elektromotors und damit der Volumenstrom des Pumpenaggregats durch die Frequenz des Frequenzumrichters eingestellt. Demgemäß kann die Steuerung dem Frequenzumrichter zur Einstellung eines bestimmten Volumenstroms eine bestimmte Frequenz vorgeben.
Dabei kann die Steuerung derart eingerichtet sein, dass sie die Frequenz erhöht, wenn der aktuell aufgenommene Strom geringer ist als der dem vorgegebenen Volumenstrom gemäß der Steuerkennlinie oder gemäß der Tabelle zugeordnete Strom. Ferner kann die Steuerung derart eingerichtet sein, dass sie die Frequenz reduziert, wenn der aktuell aufgenommene Strom größer ist als der dem vorgegebenen Volumenstrom gemäß der Tabelle zugeordnete Stromwert.
In dieser vorgenannten Variante dient die in der Steuerung hinterlegte Steuerkennlinie oder die hinterlegte Tabelle der Einregulierung desjenigen Stromverbrauchs, der, bzw. derjenigen Stromaufnahme, die zum Erhalt des vorgegebenen Volumenstroms notwendig ist, bzw. bei Vorliegen eines dem vorgegebenen Volumenstromsollwerts Q_SOLL entsprechenden Volumenstromistwert Q_IST vorliegt. Die Frequenz des Frequenzumrichters ist in dieser Ausführungsvariante entsprechend die Stellgröße im Rahmen der erfindungsgemäßen Steuerung.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1:: Darstellung einer Abwasserhebeanlage
Figur 2:: Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Pumpensteuerung
Figur 3:: allgemeine Kennfeldtabelle
Figur 4:: Kennlinienfeld als HQ-Diagramm einer Hebeanlage
Figur 5a, 5b:: Mit Werten ausgefüllte Kennfeldtabelle
Figur 6a-6d:: Ablaufdiagramme gemäß Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 7a-7e:: schematische Darstellungen von Betriebsverläufen

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Abwasserhebeanlage 1 in einem Gebäude zur Beförderung häuslicher Abwässer 3 in eine Abwassersammelleitung 6. Die Hebeanlage 1 umfasst einen Sammelbehälter 2 zum Sammeln häuslicher Abwässer 3 und ein Pumpenaggregat 4, 7 mittels welchem die in dem Sammelbehälter 2 befindliches Abwasser Flüssigkeit über eine im wesentlichen senkrecht stehende Druckleitung 5 in die Sammelleitung 6 hebbar ist. Über die Druckleitung 5 ist die Sammelleitung 6 mit dem Sammelbehälter 2 verbunden. Die Druckleitung 5 geht an ihrem oberen Ende in eine Rückstauschleife über, an die sich die Sammelleitung 6 anschließt. Der höchste Punkt der Druckleitung 5 liegt folglich geodätisch höher als der Sammelbehälter 2. Die Druckleitung 5 ist an den Druckstutzen des Pumpenaggregats 4, 7 angeschlossen. Abwasser 3 gelangt über eine Abwasserleitung 11, die in den Sammelbehälter 2 mündet, in diesen hinein.
Das Pumpenaggregat 4, 7 umfasst einen Elektromotor 7 und eine von diesem angetriebene Pumpe 4. Der Elektromotor 7 ist als elektronisch kommutierter Synchronmotor mit permanentmagnetischem Rotor ausgebildet. Der Elektromotor 7 wird von einem Frequenzumrichter 9 gespeist, der Teil der Motorelektronik ist. Das Pumpenaggregat 4, 7 besitzt eine integrierte Steuerung 8, die Teil der Motorelektronik sein kann. Zusätzlich ist eine externe Steuereinheit 10 vorgesehen, die über eine Leitung mit dem Pumpenaggregat 4, 7 verbunden ist und über die die Steuerung 8 programmiert werden kann, d.h. bestimmte Sollwerte vorgegeben und Einstellungen vorgenommen werden können. Die Steuereinheit 10 ist ferner mit einem Sensor in dem Sammelbehälter verbunden, der den Füllstand misst. Die Verbindung zwischen Steuerung 8 und externer Steuereinheit 10 kann bidirektional sein, so dass auch das Pumpenaggregat 4, 7 Daten an die externer Steuereinheit 10 übertragen kann. Die externer Steuereinheit besitzt ein Display, auf dem der aktuelle Volumenstrom Q_Ist, die geodätische Höhe der Rückstauschleife, die Gesamtförderhöhe und/ oder die Anlagenverlustkurve angezeigt werden kann.
Dem Pumpenaggregat 4, 7, insbesondere der Steuerung 8 wird manuell ein von ihm zu fördernder Soll-Volumenstrom Q_SOLL vorgegeben. Überschreitet der Wasserspiegel eine bestimmte Höhe, wird das Pumpenaggregat 4, 7 aktiviert und fördert das Abwasser 3 durch die Druckleitung 5 in die Abwassersammelleitung 6, die in die öffentliche Kanalisation mündet. Erfindungsgemäß stellt es dabei auf der Grundlage des von ihm aufgenommenen elektrischen Stroms I_ist selbsttätig den Soll-Volumenstrom Q_SOLL ein. Dabei stellt das Pumpenaggregat 4, 7 seine Drehzahl n derart ein, dass die Stromaufnahme I_ist des Pumpenaggregats 4, 7 im Wesentlichen einem bestimmten, dem Soll-Volumenstrom Q_SOLL zugeordneten Stromwert I(n, Q_Soll) entspricht. Der Strom I_ist wird von einem Stromsensor 12 gemessen, der in der Motorelektronik integriert oder außerhalb des Pumpenaggregats in einer Stromzuleitung integriert sein kann, siehe Figur 2. Anstelle der Stromaufnahme kann auch eine davon abhängige Größe verwendet werden, beispielsweise die elektrische oder mechanische Leistung oder die Wicklungstemperatur oder der Gradient der Wicklungstemperatur. Nachfolgend wird rein beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Verwendung der Stromaufnahme des Pumpenaggregats als physikalische Größe veranschaulicht.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Pumpensteuerung. Dargestellt ist die in dem Pumpenaggregat 7, 4 integrierte Steuerung 8, welcher steuerungstechnisch der Frequenzumrichter 9, der Elektromotor 7 und die Pumpe 4 folgen. Der Steuerung 8 ist als Eingangsgröße zum einen der vorgebbare bzw. vorgegebene Volumenstromsollwert Q_SOLL zugeführt. Des Weiteren ist ihr der Wert des aktuell von dem Elektromotor 7 aufgenommenen Stroms I_ist zugeführt, der von dem Stromsensor 12 gemessen wird.
Die Steuerung 8 steuert den Frequenzumrichter 9 an. Dabei gibt sie ein Pulsweitenmoduliertes (PWM) Signal einer bestimmten Frequenz f aus, das die elektronischen Schalter, beispielsweise Transistoren oder Thyristoren, des Frequenzumrichters ansteuert. In Abhängigkeit der Frequenz f des pulsweitenmodulierten Signals gibt der Frequenzumrichter 9 eine dreiphasige Wechselspannung u aus, mit der der Elektromotor 7 gespeist wird. Die Beaufschlagung der Spulen des Elektromotors mit dieser Spannung u führt zu einem entsprechenden Stromfluss in diesen Spulen und dem Aufbau eines elektromagnetischen Feldes, infolgedessen der Elektromotor 7 zu drehen beginnt. Die Ausgangsgröße und damit Stellgröße für die Pumpe 4 ist folgemäßig die Drehzahl des Elektromotors 7, in deren Abhängigkeit die Pumpe 4 einen bestimmten Volumenstrom Q einstellt.
In der Steuerung 8 ist eine Tabelle hinterlegt, wie sie in Figur 3 gezeigt ist. In dieser Tabelle ist für mehrere Volumenströme QJ, mit j = 1 ... n, zumindest aber für jeden vorgebbaren Soll-Volumenstrom Q_Soll zu einer Mehrzahl diskreter Drehzahlen n_i, mit i = 1...m, jeweils ein Stromwert I_j,i = I(n_i, Q_j)) zugeordnet, der der Stromaufnahme I_ist des Pumpenaggregats 4, 7 in dem durch die entsprechende Drehzahl n_i und den entsprechenden Volumenstrom Q_Soll bestimmten Betriebspunkt des Pumpenaggregats 4, 7 entspricht. Insbesondere sind in der Tabelle auch Drehzahl- und damit Stromwerte für einen Volumenstrom null hinterlegt. Der Volumenstrom Q_IST des Pumpenaggregats 4, 7 wird anhand dieser Tabelle eingestellt. Rein beispielhaft ist in der Tabelle der Soll-Volumenstrom Q_Soll bei Q₆ eingestellt. Zusätzlich ist zu jedem Volumenstrom-Drehzahlwert, folglich auch zu jedem Stromwert I_j,i, eine Gesamtförderhöhe H_ges des Pumpenaggregats 4, 7 hinterlegt.
Figur 4 zeigt ein Kennlinienfeld im HQ-Diagramm der erfindungsgemäßen Hebeanlage 1. Dargestellt sind 21 beispielhafte Drehzahlkennlinien, auf denen die Drehzahl n₁ bis n₂₁ jeweils konstant ist. Die Drehzahlabstände Δn = n_i+1 - n_i sind äquidistant. Darüber hinaus ist beispielhaft eine Anlagenverlustkurve der Hebeanlage 1 eingezeichnet. Wie erkennbar ist, beginnt die Anlagenverlustkurve bei Q = 0 bei einer Förderhöhe von ca. 5m. Dies entspricht der geodätischen Förderhöhe des höchsten Punktes der Druckleitung 5. Erst oberhalb dieser Förderhöhe kann ein Volumenstrom Q > 0 fließen. Dies bedeutet, dass erst ab der Drehzahl n_5 die Wassersäule in der Druckleitung 5 auf die Höhe der Freispiegelentwässerung gebracht wird, so dass überhaupt etwas Fließen kann. Der Soll-Volumenstrom Q_Soll ist bei Q = 12m³/h vorgegeben.
Des Weiteren sind in Figur 4 die von dem Pumpenaggregat 4, 7 einzeln angefahrenen Betriebspunkte H, Q eingezeichnet. Die Bepfeilung veranschaulicht den Pfad der Betriebspunkte. Nach dem Einschalten des Pumpenaggregats 4, 7, das beispielsweise niveaugesteuert mittels Schwimmer erfolgt, wird ausgehend von dem Punkt 0, 0 das Pumpenaggregat 4, 7 bei einer ersten Drehzahl n_1 betrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass n_1 identisch zu der in Figur 4 verwendeten Indexschreibweise n₁ ist. Diese Drehzahl n_1 stellt eine absolute Minimaldrehzahl des Pumpenaggregats 4, 7 dar. Bei dieser Drehzahl n_1 liegt eine Förderhöhe von ca. 1m, jedoch noch kein Volumenstrom Q_ist vor.
Die erste Drehzahl n_1 wird kurzeitig gehalten, so dass der aktuell von dem Pumpenaggregat 4, 7 aufgenommenen elektrischen Stroms I_ist bestimmt werden kann, insbesondere gemessen werden kann. Anschließend wird dieser Ist-Strom I_ist mit dem in der Tabelle bei der Drehzahl n_1 für Q_Soll hinterlegten Stromwert verglichen. Im Hinblick auf die Tabelle in Figur 3 wäre dies der Stromwert I_6,1. In Abhängigkeit dieses Vergleichs wird dann die Drehzahl n_1 des Pumpenaggregats 4, 7 auf eine zweite Drehzahl n_2 erhöht, wenn die Stromaufnahme I_ist nicht im Wesentlichen gleich dem besagten Stromwert I(n_1, Q_Soll) ist. Anderenfalls wird die Drehzahl n_1 beibehalten. Bereits aus dem HQ-Diagramm in Figur 4 geht hervor, dass der eingestellte Betriebspunkt bei n_1 keinesfalls den gewünschten Soll-Volumenstrom bringt. Die Stromaufnahme entspricht nicht im Wesentlichen dem dem Soll-Volumenstrom zugeordneten Stromwert. Folglich wird die Drehzahl auf n_2 erhöht und die vorbeschriebene Verfahrensweise wird wiederholt. Steuerungstechnisch gilt nun diese Drehzahl n_2 als erste Drehzahl.
Das Halten einer Drehzahl muss nur solange erfolgen, wie die Steuerungselektronik für die Strommessung und den Stromvergleich benötigt. Ist diese sehr schnell, kann die Drehzahl quasi kontinuierlich erhöht werden, ohne dass merkliche Drehzahlstufen vorhanden sind.
Bei der Drehzahl n_2 liegt eine Förderhöhe H von ca. 2m vor. Es fließt jedoch noch immer kein Volumenstrom Q. Die Stromaufnahme I_ist entspricht weiterhin nicht dem dem Soll-Volumenstrom Q_Soll bei der Drehzahl n_2 zugeordneten Stromwert I_6,2. Die Drehzahl n wird deshalb weiter erhöht auf n_3. Dies wird nunmehr solange und so oft wiederholt, bis das Pumpenaggregat 4, 7 eine Stromaufnahme I_ist misst, die im Wesentlichen einem dem Soll-Volumenstrom Q_Soll gemäß Tabelle zugeordneten Stromwert entspricht. Dies ist erst bei der Drehzahl n_15 der Fall.
In den Figuren 5a und 5b, die nebeneinander zu betrachten sind, ist die allgemeine Tabelle nach Figur 3 mit konkreten Werten für den Volumenstrom Q, die Drehzahl n und die Stromaufnahme I gefüllt, wobei die Stromwerte fiktiv sind und lediglich der Veranschaulichung dienen. Diese Tabelle bildet das Kennlinienfeld nach Figur 4 ab. Ferner ist der Verlauf der Betriebspunkte auch in der Tabelle veranschaulicht.
Besonders zu beachten ist dabei, dass die Tabelle in etwa eine Art Dreiecksmatrix bildet, die lediglich oberhalb der Diagonalen Stromwerte besitzt. Im Hinblick auf das
HQ-Diagramm in Fig. 4 ist dies dadurch zu erklären, dass mit einer bestimmten Drehzahl stets nur ein bestimmter Maximalvolumenstrom gefördert werden kann. So sind bei der Drehzahl n_1 lediglich Volumenströme Q zwischen 0 und 2 m³/h möglich, bei der Drehzahl n_2 Volumenströme Q zwischen 0 und 4 m³/h, usw. Bei dem vorgegebenen Soll-Volumenstrom Q_Soll = 12 m³/h wird - unabhängig von der konkreten Einbausituation, d.h. der Anlagenverlustkurve - mindestens die Drehzahl n_7 benötigt. Da mit einer darunter liegenden Drehzahl n dieser Volumenstrom nicht erreicht werden kann, gibt es entsprechend keine Betriebspunkte mit einer Stromaufnahme. Aus diesem Grunde sind in der Tabelle unterhalb der Diagonalen keine Stromwerte I_j,i existent.
In der Tabelle gemäß Figuren 5a, 5b sind beispielhaft 26 Volumenströme Q in Schritten von 1 m³/h vorhanden, wobei entsprechend Figur 4 der Soll-Volumenstrom Q_Soll bei 12 m³/h liegt. Bezüglich der Drehzahlen ist davon ausgegangen, dass das Pumpenaggregat eine maximale Bemessungsdrehzahl von 3360 U/min besitzt. Entsprechend der 21 Drehzahlkennlinien in Figur 4 sind beispielhaft diskrete Drehzahlstufen im Abstand von 160 U/min gewählt. Es braucht jedoch nicht weiter erwähnt zu werden, dass auch eine beliebige andere Wahl an Drehzahlstufen und Volumenströmen möglich ist, insbesondere auch eine nicht äquidistante Wahl. So können beispielsweise ein Volumenstromabstand von 0,2 m³/h und/oder ein Drehzahlabstand von 10 U/min realisiert werden.
Die Stromwerte in der Tabelle werden für jede Drehzahlkennlinie zwischen der Minimal- und der Maximalkennlinie, d.h. für jeden durch den Volumenstrom Q und die Drehzahl n definierten Betriebspunkt werksseitig ermittelt und in der Tabelle hinterlegt. Dabei können die Stromwerte gemittelte, insbesondere Effektivstromwerte sein. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass auch Stromwerte zwischen zwei diskreten Drehzahlen interpoliert werden können. Die hinterlegten Stromwerte bilden dabei Stützstellen. Die Interpolationswerte helfen, den Soll-Volumenstrom Q_Soll genauer einzustellen. Es ist dann empfehlenswert, nicht nur eine Abfrage vorzunehmen, ob die Stromaufnahme einem bestimmten hinterlegten Werte entspricht, sondern festzustellen, ob die Stromaufnahme größer oder kleiner diesem Wert ist. Wird die Drehzahl infolge einer zu geringen Stromaufnahme stetig erhöht, bis sie plötzlich den dem eingestellten Soll-Volumenstrom bei der entsprechenden Drehzahl zugeordneten Stromwert überschreitet, kann erfindungsgemäß auf eine Zwischendrehzahl zwischen der eingestellten und der letzten Drehzahl zurückgegangen werden und die dann vorliegende Stromaufnahme mit einem aus den Stromwerten der eingestellten und der letzten Drehzahl interpolierten Stromwert verglichen werden. Die Stromaufnahme sollte dann im Wesentlichen diesem Stromwert entsprechen.
Die Pumpe 4 des Pumpenaggregats 4, 7 besitzt in der Ausführungsvariante gemäß Figuren 5a, 5b ein Radiallaufrad oder Diagonallaufrad. Diese haben den Effekt, dass der Strom sowohl mit steigender Drehzahl als auch mit steigendem Volumenstrom ansteigt. Bei dem o.g. Stromvergleich kann daher geprüft werden, ob die Stromaufnahme bei der entsprechenden Drehzahl kleiner oder gleich dem Stromwert ist, der dem Volumenstrom bei dieser Drehzahl zugeordnet ist. Ist er kleiner, wird die Drehzahl erhöht. Besitzt die Pumpe des Pumpenaggregats ein Axial- oder Halbaxiallaufrad, steigt der Strom ebenfalls mit steigender Drehzahl, jedoch fällt der Strom mit steigendem Volumenstrom.
Des Weiteren ist in der Tabelle gemäß den Figuren 5a, 5b mit Pfeilen der Verlauf der Betriebspunkte angegeben. Bei der ersten Drehzahl n_1 = 160 U/min wird die aktuelle Stromaufnahme, die etwa bei 1,40 A liegt, mit dem Stromwert I(n_1, Q_soll) bei Q_soll verglichen. Da dieser nicht existiert, also keine Übereinstimmung vorliegt, wird auf die nächste Drehzahl n_2 = 320 U/min erhöht. Hier beträgt die Stromaufnahme etwa 1,45 A. Dieser Wert wird mit dem Stromwert I(n_2, Q_soll) bei Q_soll verglichen. Da auch dieser nicht existiert, bzw. keine Übereinstimmung vorliegt, wird die Drehzahl weiter erhöht. Dies wird stetig widerholt.
Bei der Drehzahl n_7 = 960 U/min ist erstmals ein plausibler Stromwert I(n_7, Q_Soll) vorhanden. Der aufgenommene Strom beträgt in etwa 1,88 A und entspricht gemäß Tabelle einem Volumenstrom Q von ca. 3 m³/h. Dies stimmt mit dem Schnittpunkt der Drehzahlkurve für n_7 und der Anlagenverlustkurve in Fig. 4 überein. Aus der Tabelle gemäß Fig. 5a und 5b kann folglich der aktuelle geförderte Volumenstrom Q_ist bestimmt werden. Da bei n_7 die Ist-Stromaufnahme mit 1,88A geringer ist als der erwartete Stromwert bei Q_soll in Höhe von 2,42 A ergibt der Stromvergleich auch hier keine Übereinstimmung und die Drehzahl wird weiter erhöht.
Erste bei einer Drehzahl n_15 = 2400 U/min liegt eine Stromaufnahme von ca. 2,82A vor, die auch dem bei dieser Drehzahl n_15 dem Soll-Volumenstrom Q_Soll zugeordneten Stromwert l(n_15, Q_Soll) entspricht. Es liegt somit eine Übereinstimmung vor und die eingestellte Drehzahl n_15 wird gehalten. Das Pumpenaggregat 4, 7 hat somit den Betriebspunkt zur Förderung des eingestellten Soll-Volumenstroms Q_Soll gefunden.
Es wird nun auf die Figur 6a hingewiesen, in der der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens grafisch dargestellt ist. Das Verfahren mit Block 20. es wird zunächst eine Zählvariable i, die dem späteren Drehzahlindex entspricht, auf null gesetzt, Block 21. Anschließend wird diese Zählvariable um eins erhöht und die erste Drehzahl n_1 bei dem Pumpenaggregat 4, 7 eingestellt. Danach wird die elektrische Stromaufnahme I_ist des Pumpenaggregats gemessen, Schritt 23, und mit dem Stromwert I(n_1, Q_soll) verglichen, der dem eingestellten Soll-Volumenstrom Q_Soll bei der ersten Drehzahl n_1 gemäß Tabelle entspricht, Schritt 24. Entspricht die Stromaufnahme I_ist dem Stromwert I(n_1, Q_soll), wird mit der eingestellten Drehzahl offensichtlich der gewünschte Volumenstrom Q_Soll gefördert, dargestellt in Block 25. Das Verfahren ist damit beendet, Block 26, die eingestellte Drehzahl n_1 wird zunächst gehalten. Entspricht die Stromaufnahme I_ist nicht dem Stromwert I(n_1, Q_soll), wird die Drehzahl um eins erhöht, Block 22, und die Schritte 23, 24 werden widerholt. Dies erfolgt dann solange und so oft, bis eine Drehzahl n_i gefunden ist, bei der die Stromaufnahme I_ist dem Stromwert I(n_i, Q_soll) entspricht.
Aus der charakteristischen Eigenschaft der Tabelle in den Figuren 5a und 5b unterhalb der Diagonalen keine Stromwerte zu enthalten, ergibt sich die Möglichkeit, zunächst zu ermitteln, bei welcher Drehzahl n_i dem Soll-Volumenstrom Q_Soll in der Tabelle erstmals ein plausibler Stromwert I(n_i, Q_Soll) zugeordnet ist. Dies ist in dem Verfahrensablauf gemäß Fig. 6b dargestellt. Bevor die erste Drehzahl, wie in Schritt 22 von Fig. 6a gezeigt, gesetzt wird, wird in Fig. 6b geprüft, ob ein plausibler Stromwert bei dem Soll-Volumenstrom und der ersten Drehzahl n_1 existiert, siehe Schritt 27. Werksseitig können die nicht möglichen Betriebspunkte des Pumpenaggregats 4, 7 in der Tabelle unterschiedlich angegeben sein. Sofern kein Stromwert angegeben ist, kann dies als "nan" (not a number) gewertet werden. Alternativ können negative Stromwerte, beispielsweise -1 enthalten. Auf diese Weise kann durch eine einfache If-Abfrage festgestellt werden, ob ein Stromwert bei Q_Soll bei der eingestellten Drehzahl n_i vorhanden ist. Falls nicht, wird die Zählvariable i um eins erhöht. Für den Fall gemäß der Tabelle in der Figur 5a ist erst bei der Drehzahl mit dem Index 7 ein plausibler Stromwert vorhanden. Dies versteht sich auch unter Berücksichtigung der Figur 4, aus der deutlich wird, dass mindestens diese Drehzahl eingestellt werden müsste, um bei einer Förderhöhe von 0m einen Volumenstrom von 12 m³/h zu erreichen. Sodann wird diese Mindestdrehzahl n_7 als erste Drehzahl verwendet und bei dem Pumpenaggregat 4, 7 eingestellt, siehe Schritt 28.
Im Gegensatz zu Fig. 6a, bei der die absolute Minimaldrehzahl n_1 des Pumpenaggregats als erste Drehzahl verwendet wird, wird bei der Fig. 6b folglich direkt die für den eingestellten Soll-Volumenstrom geltende Mindestdrehzahl angefahren.
Zusätzlich wird die Mindestdrehzahl n_7 in Gestalt ihres Indexwerts als Startreferenzwert i_m1 gespeichert, siehe Schritt 29. Dies hat den Vorteil, dass bei einem nächstfolgenden Betrieb des Pumpenaggregats 4, 7 direkt dieser Startreferenzwert als erste Drehzahl verwendet werden kann, wie dies in Figur 6c dargestellt ist, Schritt 30. Nur zur Darstellung der logischen Schrittfolge wird hier der Startreferenzwert n_m1 zunächst in Fig. 6c um eins reduziert, im nächstfolgenden Schritt 22 dann wieder erhöht. Die Abspeicherung und Verwendung des Startreferenzwerts i_m1 erfolgt bei einem Sanftanlauf des Pumpenaggregats.
Der Ablauf gemäß Figur 6c unterscheidet sich von dem Ablauf in Figur 6b darin, dass die Überprüfung, ab welcher Drehzahl ein plausibler Stromwert vorhanden ist, nicht erneut durchgeführt wird, da dies bereits in dem früheren Betrieb nach Fig. 6b ermittelt und abgespeichert worden ist, Schritte 27, 29, und sodann zur Verfügung steht. Das Pumpenaggregat 4, 7 der Hebeanlage 1 ist somit selbstlernend.
Bei der Ausführungsvariante gemäß Figur 6c ist zudem eine weitere Intelligenz in das Pumpenaggregat 4, 7, respektive in die Steuerung 8 integriert. Gegenüber den Varianten in den Figuren 6a und 6b wird nach der Auffindung derjenigen Drehzahl, bei der die Stromaufnahme I_ist im Wesentlichen gleich dem dem Soll-Volumenstrom Q_Soll zugeordneten Stromwert I(n_i, Q_Soll) ist, d.h. bei der die Stromaufnahme dem in der Tabelle hinterlegten Stromwert für den Soll-Volumenstrom Q_Soll entspricht, diese in Gestalt ihres Indexwerts als Zielreferenzwert i_m2 gespeichert, siehe Schritt 35. Dies steht sodann bei nachfolgenden Betrieben zur Verfügung und kann bei einem nächstfolgenden Betrieb des Pumpenaggregats direkt angefahren werden. Die Abspeicherung in Schritt 30 kann auch bei der Variante gemäß Fig. 6a und/ oder 6b erfolgen.
In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 6d ist der Zielreferenzwert i_m2 als Startwert verwendet, wobei dieser in Schritt 31 zunächst um eins reduziert wird und sodann in Schritt 22 wieder um eins erhöht wird. Da bei dieser Variante eine bestimmte Drehzahl n_15 angefahren wird, ist der Stromvergleich I_ist == I(n_i, Q_Soll) in Schritt 24 um die Prüfung in Schritt 33 ergänzt, ob die Stromaufnahme bei der eingestellten Drehzahl n_15 größer als der hinterlegte Tabellenwert ist. Der Stromvergleich umfasst dabei einen Schritt 34, wonach die eingestellte erste Drehzahl n_i des Pumpenaggregats 4, 7 auf eine zweite Drehzahl n_i-1 reduziert wird, wenn die Stromaufnahme I_ist größer als der besagte Stromwert I(n_i, Q_Soll) ist, siehe Schritt 33, und einen zweiten Schritt 22, wonach die Drehzahl n_i des Pumpenaggregats 4, 7 auf eine zweite Drehzahl n_i+1 erhöht wird, wenn die Stromaufnahme I_ist kleiner als der besagte Stromwert I(n_i, Q_Soll) ist. Dies folgt aus der Nichterfüllung der beiden Bedingungen in den Schritten 24 und 33 der Figur 6d. Das Überprüfen in beide Richtungen hat den Vorteil, dass die wiederholbare Erreichbarkeit des gewünschten Betriebspunktes gegen schleichende Verschiebung gewährleistet ist.
Liegt der gemessene Stromistwert I_IST über diesem Stromsollwert, ist dies ein Indiz dafür, dass der aktuell geförderte Volumenstrom Q_IST höher als der Volumenstromsollwert Q_SOLL ist. Die Drehzahl n des Elektromotors 7 wird deshalb reduziert, so dass entsprechend der Volumenstrom sinkt. Dies erfolgt durch Reduzierung der Frequenz f. Aufgrund der verringerten Frequenz wird weniger Strom vom Elektromotor 7 aufgenommen und die Drehzahl n reduziert sich. Folgemäßig sinkt auch der Volumenstrom Q.
Liegt der gemessene Stromistwert I_IST unter dem Stromsollwert, ist dies ein Indiz dafür, dass der aktuell geförderte Volumenstrom Q_IST geringer als der Volumenstromsollwert Q_SOLL ist. Die Drehzahl n des Elektromotors 7 wird deshalb erhöht, so dass entsprechend der Volumenstrom Q steigt. Dies erfolgt durch Erhöhung der Frequenz f. Aufgrund der erhöhten Frequenz wird mehr Strom vom Elektromotor 7 aufgenommen und die Drehzahl n steigt. Folgemäßig auch der Volumenstrom Q.
Nach der Erhöhung oder Reduzierung der Drehzahl wird der Strom I_ist erneut gemessen und verglichen. Stimmt er dann mit dem hinterlegten Stromwert bei Q_Soll bei der eingestellten Drehzahl überein, ist der gewünschte Soll-Volumenstrom Q_Soll gefunden, Block 25. Diese Drehzahl wird dann gehalten und das Verfahren ist steuerungstechnisch beendet, Block 26.
Erfindungsgemäß wird zu den angefahrenen Drehzahlen n_i, insbesondere zu jeder angefahrenen Drehzahl n_i der zugehörige Ist-Stromaufnahmewert I_ist des Pumpenaggregats 4, 7 abgespeichert, so dass der Verlauf der Betriebspunkte nachträglich feststellbar ist, wie dies in den Figuren 5a, 5b anhand der Bepfeilung angedeutet ist. So ist die Stromaufnahme bei der Drehzahl n1 beispielsweise 1,41 A, was im Wesentlichen dem Tabellenwert 1,4 A entspricht. Bei der Drehzahl n2 liegt beispielsweise ein Strom von 1, 445 A vor, was im Wesentlichen dem Wert 1,45A entspricht. In entsprechender Weise erfolgt die Zuordnung bei den übrigen Werten. Aus diesen drehzahlbezogen abgespeicherten Ist-Stromaufnahmewerten I_ist wird dann die geodätische Höhe des höchsten Punktes der Druckleitung 5 wie folgt ermittelt.
Wie aus den Pfeilen in der Tabelle in Figur 5a hervorgeht, entspricht die gemessene Stromaufnahme für die ersten fünf Drehzahlenwerte einem Volumenstrom 0 m³/h. Erst ab der Drehzahl n_6 liegt ein Stromwert vor, der nicht mehr einem Stromwert bei Volumenstrom null zugeordnet ist, d.h. der einem Volumenstrom Q größer null zugeordnet ist. Der Punkt, an dem der Volumenstrom erstmals größer als null ist, liegt also zwischen n5 und n6 (Eckdrehzahl). Die Förderhöhe an diesem Punkt entspricht der geodätischen Förderhöhe. Mit hinreichender Genauigkeit kann die Drehzahl n6 als Eckdrehzahl angenommen werden, weil die Anlagenverlustkurve bei geringen Volumenströmen flach ist. Bei diesem Betriebspunkt entspricht die Gesamtförderhöhe aufgrund des noch geringen Volumenstromes und damit eines geringen Strömungsverlustes nahezu genau der geodätischen Förderhöhe. Erfindungsgemäß kann in der Tabelle 5a und 5b neben den Stromaufnahmewerten auch die Gesamtförderhöhe zu jedem Wertepaar Drehzahl / Volumenstrom abgespeichert sein. Mit der Identifikation der Drehzahl n6 als erste Drehzahl, bei der ein Volumenstrom größer null existiert kann aus der Tabelle die geodätische Förderhöhe ermittelt werden. Diese entspricht der der Eckdrehzahl bei Volumenstrom null zugeordneten Gesamtförderhöhe. Die Eckdrehzahl kann umso genauer bestimmt werden, je geringer der Abstand zwischen den Drehzahlstufen ist.
Des Weiteren wird bei der erfindungsgemäßen Hebeanlage 1 aus der Tabelle zu einem bestimmten Stromaufnahmewert I_ist und einer bestimmten Drehzahl, der aktuell geförderte Volumenstrom Q_ist, die geodätische Höhe des höchsten Punktes der Druckleitung 5 sowie die aktuelle Gesamtförderhöhe auf einem Display der Steuerung 8 und/ oder der externen Steuereinheit 10 angezeigt. Durch die drehzahlbezogene Abspeicherung der Stromaufnahmewerte und die Zuordnung zu den dazu passenden Werten in der hinterlegten Tabelle können weiterhin die durchlaufenen Betriebspunkte, bestehend aus Volumenstrom Q und Gesamtförderhöhe H, ermittelt und abgespeichert werden. Erfindungsgemäß können diese durchlaufenen Betriebspunkte auf dem Display angezeigt und grafisch verbunden werden, wodurch die Anlagenverlustkurve der nachgeschalteten Druckleitung bestimmt ist und angezeigt werden kann.
Die Figuren 7a bis 7d zeigen Verläufe der Drehzahl n des Pumpenaggregats 4, 7 über der Zeit t. In den Figuren 7a und 7b besteht die Betriebszeit des Pumpenaggregats aus zwei Phasen, einer Hochlaufphase der Dauer T_HL und einer Haltephase der Dauer T_SB. Während der Hochlaufphase wird das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt. Es wird folglich eine Drehzahl nach der anderen eingestellt und geprüft, ob die Stromaufnahme einem hinterlegten Stromwert entspricht. Dies ist im Hinblick auf Figuren 4 und 5b bei n_15 der Fall. Die Hochlaufphase geht in die Haltephase über. Am Ende der Haltephase wird das Pumpenaggregat 4, 7 abgeschaltet, sobald der Wasserstand im Sammelbehälter 2 unter ein bestimmtes Niveau fällt. Die Drehzahl n fällt dann rapide auf null.
Im Falle der Figur 7b ist dieses Verfahren gleich, wobei der Hochlauf des Pumpenaggregats 4, 7 schneller erfolgt, so dass die Hochlaufzeit T_HL geringer ist. Die Dauer T_HL des Hochlauf ist bestimmt durch die Geschwindigkeit der Elektronik, die den Strom messen und mit dem hinterlegten Stromwert vergleichen muss. Erfolgt dies schnell, können schnell nacheinander die nächsten Drehzahlstufen eingestellt werden. Die kürzere Hochlaufzeit in Figur 7b ist dadurch begründet, dass die Mindestdrehzahl n_5 Startdrehzahl des Verfahrens ist.
In den Figuren 7c und 7d führt das Pumpenaggregat 4, 7 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne einen Sanftauslauf aus, bei dem die Drehzahl n_i allmählich reduziert wird. Der Auslauf erfolgt für die Dauer T_AL einer Auslaufphase, die sich direkt an die Haltephase anschließt. Die Dauer T_AL kann entweder direkt vorgegeben werden oder vorgegeben sein oder sich aus einem voreingestellten oder voreinstellbaren Drehzahlgradienten ergeben. Der Drehzahlgradient sollte dabei zwischen einem vorgebbaren Maximalwert und einem Minimalwert liegen. Ein Maximalwert ist deshalb vorzusehen, weil die von der Rohrleitungsinstallation abhängige, physikalisch begrenzte Verzögerungsmöglichkeit der Wassersäule, d.h. ihrer Trägheit, nicht überschritten werden kann. Der Hochlauf erfolgt ausgehend von der absoluten Minimaldrehzahl des Pumpenaggregats 4, 7, kann jedoch auch von der Mindestdrehzahl erfolgen, oder aber ganz entfallen, so dass sofort die Zieldrehzahl angefahren wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Hebeanlage 1 in einem ersten Betrieb, wie er in den Figuren 7a oder 7b dargestellt ist, niveaugesteuert abgeschaltet, wenn der Wasserstand in dem Sammelbehälter (2) ein bestimmtes Niveau erreicht oder unterschreitet. Es wird dann eine Betriebsdauer abgespeichert, die der Dauer der Haltephase T_SB oder der Gesamtdauer T_B = T_HL + T_SB von Hochlaufphase und Haltephase entsprechen kann. Ist diese Betriebsdauer bekannt, kann in Abhängigkeit von ihr der Beginn der Auslaufphase bestimmt werden.
Erfindungsgemäß führt das Pumpenaggregat 4, 7 dann in einem nachfolgenden Betrieb nach Ablauf einer Zeitspanne von 3/4 der abgespeicherten Betriebsdauer T_B, T_SB), den Sanftauslauf aus, bei dem die Drehzahl n_i allmählich reduziert wird. In Figur 7c zeigt die gestrichelte Linie den Drehzahlverlauf bei einem harten Ausschalten des Pumpenaggregats 4, 7 ausgehend von der Zieldrehzahl n_15 an.
In Figur 7d ist eine weitere Weiterbildung dergestalt realisiert, dass das Pumpenaggregat 4, 7 ausgeschaltet wird, wenn ein minimaler Volumenstrom Q_Aus erreicht oder unterschritten wird. Dieser minimale Volumenstrom ist in Figur 4 beispielhaft bei etwa 3,5m3/h angegeben, der bei einer Drehzahl n_7 vorliegt. Bei dieser Drehzahl respektive diesem Volumenstrom ist die Rückschlagklappe hinter dem Pumpenaggregat 4, 7 nur noch wenig geöffnet, so dass nur ein geringer Schließweg von beispielsweise wenigen Zentimetern beim Abschalten des Pumpenaggregats zurückgelegt wird. Damit wird erreicht, dass im Moment des Ausschaltens des Pumpenaggregats der Volumenstrom so gering ist, dass sich das Schließorgan des integrierten oder nachgeschalteten Rückflussverhinderers schon fast in Schließstellung befindet, und das Schließorgan nur noch einen geringen Weg in kurzer Zeit bis zur Schließstellung zurücklegt. Ein starker Klappenschlag und starker Druckstoß infolge der herunterfallenden und gegen das Schließorgan schlagenden Wassersäule in der Druckleitung werden damit vermieden. Dadurch wird die mechanische Belastung der Hebeanlage und Druckleitung reduziert und die Geräuschentwicklung minimiert.
In Figur 7e ist eine weitere Weiterbildung zum Drehzahlverlauf 7d dergestalt realisiert, dass aufgrund der Kenntnis der Zieldrehzahl auf das sanfte Hochfahren verzichtet wird, so dass mehr Zeit für einen sanften Auslauf zur Verfügung steht. Das hat insbesondere dann Bedeutung, wenn die zu fördernden Volumina und damit die resultierende Pumpenlaufzeit gering sind.
Der minimale Volumenstrom Q_Aus oder die Ausschaltdrehzahl n_7 kann manuell vorgeben werden oder anhand der bekannten o.g. Eckdrehzahl festgelegt werden, beispielsweise als das 1,1 bis 1,5-fache dieser Eckdrehzahl. In Figur 4 ist die Auslaufphase durch einen Pfeil veranschaulicht, der in dem Schnittpunkt der Drehzahlkennlinie der Drehzahl n₁₅ mit der Anlagenverlustkurve d.h. im Betriebspunkt der Haltephase beginnt, und bei dem Schnittpunkt der Drehzahlkennlinie der Drehzahl n₇ mit der Anlagenverlustkurve endet. Spätestens aber kann das Pumpenaggregat bei oder nach Erreichen der Eckdrehzahl ausgeschaltet werden, da dann ohnehin kein Volumenstrom mehr vorliegt und das Schließorgan des Rückflussverhinderers, d.h. die Rückschlagklappe geschlossen ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Pumpenaggregat 4, 7 einen vorgegebenen Volumenstrom Q_SOLL unabhängig von dem Höhenunterschied zwischen dem Sammelbehälter 2 und der Abwassersammelleitung 6 einstellen. Dabei ist es selbstlernend und kann Erkenntnisse aus einem Betrieb in einem Folgebetrieb verwenden und diesem damit optimieren.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Pumpenaggregats, insbesondere für eine Hebeanlage (1), zur Förderung von einer Flüssigkeit über eine Druckleitung (5) in eine Sammelleitung (6), bei dem das Pumpenaggregat (4, 7) einen ihm aus einer Mehrzahl vorgebbarer Soll-Volumenströme vorgegebenen Soll-Volumenstrom (Q_SOLL) auf der Grundlage einer physikalischen Größe (I_ist) des Pumpenaggregat (4, 7) selbsttätig einstellt, wobei die Größe (I_ist) der von dem Pumpenaggregat (4, 7) aufgenommene Strom (I_ist) und/ oder eine von diesem abhängige Größe ist, wobei in dem Pumpenaggregat (4, 7) eine Tabelle hinterlegt ist, in der für jeden vorgebbaren Soll-Volumenstrom (Q_Soll) zu einer Mehrzahl diskreter Drehzahlen (n_i) jeweils ein Wert (I(n_i, Q)) der Größe zugeordnet ist, der einem durch die entsprechende Drehzahl (n_i) und den entsprechenden Soll-Volumenstrom (Q_Soll) bestimmten Betriebspunkt (H_IST, Q_IST) des Pumpenaggregats (4, 7) entspricht, und der Volumenstrom (Q_IST) des Pumpenaggregats (4, 7) anhand dieser Tabelle eingestellt wird, indem die Drehzahl so eingestellt wird, dass die Größe (I_ist) im Wesentlichen einem bestimmten, dem vorgegebenen Soll-Volumenstrom (Q_SOLL) zugeordneten Wert (I(n_i, Q_Soll)) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
a Betreiben des Pumpenaggregats (4, 7) bei einer ersten Drehzahl (n_i),

b Bestimmung des aktuellen Werts der Größe (I_ist),

c Vergleichen des Werts (I_ist) mit einem dem Soll-Volumenstrom (Q_Soll)
bei der ersten Drehzahl (n_i) zugeordneten Wert (I(n_i, Q_Soll)) der Größe, wobei in Abhängigkeit dieses Vergleichs
i die Drehzahl (n_i) des Pumpenaggregats (4, 7) auf eine zweite Drehzahl (n_i+1) erhöht wird, wenn der aktuelle Wert der Größe (I_ist) nicht im Wesentlichen gleich dem besagten zugeordneten Wert der Größe (I(n_i, Q_Soll)) ist, und die Schritte a, b und c mit der Maßgabe wiederholt werden, dass der Wert der ersten Drehzahl (n_i) dem Wert der zweiten Drehzahl (n_i+1) entspricht, oder

ii die eingestellte Drehzahl (n_i) des Pumpenaggregats (4, 7) beibehalten wird, wenn der aktuelle Wert der Größe (I_ist) im Wesentlichen gleich dem zugeordneten Wert der Größe (I(n_i, Q_Soll)) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehzahl (n_i) eine absolute Minimaldrehzahl (n1) des Pumpenaggregats (4, 7) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ermittelt wird, bei welcher Drehzahl (n_i) dem Soll-Volumenstrom (Q_Soll) in der Tabelle erstmals ein plausibler Wert der Größe (I(n7, Q_Soll)) zugeordnet ist, wobei diese ermittelte Mindestdrehzahl (n7) als erste Drehzahl (n_i) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestdrehzahl (n7) als Startreferenzwert (i_m1) gespeichert wird und bei einem nächstfolgenden Betrieb des Pumpenaggregats (4, 7) direkt dieser Startreferenzwert als erste Drehzahl (n_i) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n_i) des Pumpenaggregats (4, 7) als Zielreferenzwert (i_m2) gespeichert wird, wenn der aktuelle Wert der Größe (I_ist) im Wesentlichen gleich dem dem Soll-Volumenstrom (Q_Soll) zugeordneten Wert der Größe (I(n_i, Q_Soll)) ist, und dass bei einem nächstfolgenden Betrieb des Pumpenaggregats (4, 7) direkt dieser Zielreferenzwert angefahren wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c, i in dem nächstfolgenden Betrieb derart ausgebildet ist, dass die Drehzahl (n_i) des Pumpenaggregats (4, 7) auf eine zweite Drehzahl (n_i-1) reduziert wird, wenn der aktuelle Wert der Größe (I_ist) größer als der besagte zugeordnete Wert der Größe (I(n_i, Q_Soll)) ist, und die Drehzahl (n_i) des Pumpenaggregats (4, 7) auf eine zweite Drehzahl (n_i+1) erhöht wird, wenn der aktuelle Wert der Größe (I_ist) kleiner als der besagte zugeordnete Wert (I(n_i, Q_Soll)) ist, wobei anschließend die Schritte a, b und c mit der Maßgabe wiederholt werden, dass der Wert der ersten Drehzahl (n_i) dem Wert der zweiten Drehzahl (n_i-1, n_i+1) entspricht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Wert der Größe (I(n_i, Q_Soll)) in der Tabelle zusätzlich der Wert einer Gesamtförderhöhe (H_ges(n_i, Q_Soll)) des Pumpenaggregats (4, 7) zugeordnet hinterlegt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Tabelle aus dem aktuellen Wert der Größe (I(n_i, Q_Soll)) und der aktuellen Drehzahl (n_i) die Gesamtförderhöhe (H_ges(n_i, Q_Soll)) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den angefahrenen Drehzahlen (n_i), insbesondere zu jeder angefahrenen Drehzahl (n_i) der zugehörige aktuelle Wert der Größe (I(n_i, Q_Soll)) des Pumpenaggregats (4, 7) abgespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Tabelle aus dem aktuellen Wert der Größe (I(n_i, Q_Soll)) oder aus den drehzahlbezogen abgespeicherten Größenwerten (I_ist) und der Drehzahl (n_i) die geodätische Höhe des höchsten Punktes der Druckleitung (5) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenaggregat (4, 7) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne einen Sanftauslauf ausführt, bei dem die Drehzahl (n_i) allmählich reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenaggregat (4, 7) zumindest in einem ersten Betrieb niveaugesteuert abgeschaltet wird, wobei eine Betriebsdauer (T_B, T_SB) des Pumpenaggregats (4, 7) abgespeichert wird.
Verfahren nach Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenaggregat (4, 7) in einem nachfolgenden Betrieb nach Ablauf einer Zeitspanne von 50-85%, vorzugsweise von 60%-75% der abgespeicherten Betriebsdauer (T_B, T_SB), den Sanftauslauf ausführt, bei dem die Drehzahl (n_i) allmählich reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenaggregat (4, 7) ausgeschaltet wird, wenn ein minimaler Volumenstrom (Q_Aus) erreicht oder unterschritten wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Tabelle aus dem aktuellen Wert der Größe (I_ist) und der eingestellten Drehzahl (n_i) der aktuelle Volumenstrom (Q_ist) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Volumenstrom (Q_ist) über die Zeit integriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8, 10, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte aktuelle Volumenstrom (Q_ist), die ermittelte geodätische Höhe (H_geo(n_i, Q_Soll)) des höchsten Punktes der Druckleitung (5), und/ oder die ermittelte Gesamtförderhöhe (H_ges(n_i, Q_Soll)) auf einem Display angezeigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus zumindest zwei der ermittelten, insbesondere abgespeicherten Werte der Größe (I(n_i, Q_Soll)) und den zugehörigen angefahrenen Drehzahlen (n_i) anhand der Tabelle die entsprechend durchlaufenen Betriebspunkte (Q, H_ges) des Pumpenaggregats ermittelt und daraus eine Anlagenverlustkurve bestimmt wird, die auf einem Display angezeigt wird.
Pumpenaggregat für eine Hebeanlage (1) zur Förderung einer Flüssigkeit über eine Druckleitung (5) in eine Sammelleitung (6), dadurch gekennzeichnet, dass dem Pumpenaggregat (4, 7) ein von ihm zu fördernder Soll-Volumenstrom (Q_SOLL) aus einer Mehrzahl vorgebbarer Soll-Volumenströme vorgebbar ist, wobei es dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auszuführen.
Hebeanlage (1) zur Förderung einer Flüssigkeit in eine Sammelleitung (6), umfassend einen Sammelbehälter (2) zum Sammeln von Flüssigkeit (3) und ein Pumpenaggregat (4, 7) nach Anspruch 19, mittels welchem die in dem Sammelbehälter (2) befindliche Flüssigkeit (3) über eine Druckleitung (5) in die Sammelleitung (6) hebbar ist, wobei zumindest der höchste Punkt der Druckleitung (5) geodätisch höher liegt als der Sammelbehälter (2).