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Dokumentenidentifikation DE102006027002A1 13.12.2007
Titel Pumpemanordnung mit Drehzahlsteuerung
Anmelder OASE GmbH, 48477 Hörstel, DE
Erfinder Hanke, Andreas, 65520 Bad Camberg, DE;
Lambers, Herbert, 48477 Hörstel, DE;
Bälter, Christoph, 48477 Hörstel, DE
Vertreter Busse & Busse Patentanwälte, 49084 Osnabrück
DE-Anmeldedatum 08.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006027002
Offenlegungstag 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse F04D 15/00(2006.01)A, F, I, 20060608, B, H, DE
Zusammenfassung Eine Pumpenanordnung für biologischen Einflüssen unterworfene Gewässer oder Wasserbehältnisse wie zum Beispiel Teiche, Aquarien oder Springbrunnen mit zumindest einer Wasserpumpe und einer Steuerung für deren Drehzahl ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Temperatursensor (12) zur Messung der Wassertemperatur aufweist, dessen Signale in der Steuerung verarbeitet und zur Regelung der Drehzahl der Pumpe herangezogen werden. Bevorzugt hat die Steuerung eine Steuerelektronik (11) und einen Datenspeicher mit einer Steuersoftware. Im Datenspeicher können ein Temperaturgrenzwert und Teillasttemperaturgrenzwerte vorgegeben sein, mit denen die Steuerung die Drehzahl der Pumpe regelt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung mit zumindest einer Wasserpumpe und einer Steuerung für deren Drehzahl, wobei die Pumpe zum Umwälzen von Wasser in biologischen Einflüssen unterworfenen Gewässern wie beispielsweise Teichen, Aquarien oder Springbrunnen ausgelegt ist. Derartige Pumpen können sowohl zur Speisung von Filtern dienen als auch Wasserspiele oder Fontainen betreiben und/oder auf andere Weise den Gasaustausch und den Sauerstoffeintrag verbessern sowie im Winter durch Umwälzung einen Schutz durch des Gewässers vorm Zufrieren bewirken. Gewässer oder Wasserbehältnisse, in denen derartige Pumpen eingesetzt werden, können biologischen Einflüssen durch sich ändernde Außen- und Wassertemperaturen ausgesetzt sein. Weitere biologische Einflüsse sind beispielsweise ein Trübungsgrad des Gewässers, eventuelle Schadstoffbelastung, Veränderung des Sauerstoffgehaltes oder dergleichen.

Da sich bei höheren Temperaturen in dem Gewässer auch die biologische Reaktionsgeschwindigkeit erhöht, geht dies mit diesem einen erhöhten Sauerstoffverbrauch einher. Es ist daher sinnvoll, derartige Pumpen bei höheren Temperaturen mit einer erhöhten Drehzahl laufen zu lassen, damit der Umwälzgrad des Wassers entsprechend angepaßt ist. Bei herkömmlichen Pumpen erfolgt diese Steuerung der Drehzahl manuell. D.h. der Betreiber einer solchen Pumpe beobachtet die biologischen Einflüsse auf sein Gewässer und regelt dann die Drehzahl der Pumpe zur Beeinflussung des umgewälzten Wasservolumens entsprechend ein. Da dies mit einer ständigen Beobachtung des Gewässers und der Umwelteinflüsse verbunden ist, wird die Pumpe aus Bequemlichkeitsgründen häufig einen wesentlichen Teil des Jahres unter Vollast, d.h. mit maximaler Drehzahl laufengelassen, ohne daß dafür eine Notwendigkeit besteht. Hierdurch wird unnötig viel Energie verbraucht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Pumpenanordnung zu schaffen, deren Bedienkomfort erhöht ist und die eine Energieeinsparung möglich macht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch den Einsatz eines Temperatursensors und dessen Verbindung mit der Steuerung werden die gemessenen Temperaturwerte direkt und automatisch zur Regelung der Drehzahl der Pumpe verwendet. Ein vollautomatischer Betrieb der Pumpe im optimalen Leistungs- und Drehzahlbereich, ohne daß manuelle Eingriffe erforderlich sind, ist dadurch das ganze Jahr hindurch möglich.

Besonders komfortabel in der Bedienung und flexibel im Einsatzzweck kann die Pumpenanordnung dann ausgestattet werden, wenn die Steuerung eine Steuerelektronik und einen Datenspeicher mit einer Steuersoftware aufweist. Die Steuersoftware kann auch im Bedarfsfall ausgetauscht werden, wenn sich grundlegende Gegebenheiten des Gewässers, z.B. dessen Größe, die Höhe des Fischbesatzes, der Bewuchs oder andere klimatische oder biologische Verhältnisse gravierend ändern.

Vorzugsweise ist im Datenspeicher ein Temperaturgrenzwert als Maximaltemperatur hinterlegt, ab der und bei Temperaturen darüber die Steuerung die Pumpe immer mit maximaler Drehzahl laufen läßt. Für Temperaturen unterhalb des oberen Temperaturgrenzwertes können Teillasttemperaturgrenzwerte vorgegeben sein, bei denen eine gestufte Anpassung der Pumpendrehzahl erfolgt. Da sich bei einer Temperaturerhöhung von 10 Kelvin die biologische Reaktionsgeschwindigkeit und damit auch der Sauerstoffverbrauch verdoppelt, ist die Steuerung bevorzugt so ausgelegt, daß sich als Folge davon auch der Umwälzgrad, d.h. die Drehzahl, verdoppelt.

Um auch bei niedrigen Temperaturen beispielsweise im Winterbetrieb einen optimalen Gasaustausch und den notwendigen Sauerstoffeintrag zu gewährleisten, sowie einen Schutz vorm Zufrieren sicherzustellen, kann es sinnvoll sein, unter einer im Datenspeicher hinterlegten Minimaltemperatur die Drehzahl und damit den Umwälzgrad der Pumpe wieder zu erhöhen statt weiter abzusenken.

Eine mögliche energiesparende Auslegung der Pumpe könnte so gewählt sein, daß bei Wassertemperaturen von 6 bis 8 °C eine minimale Wassermenge von 3.500 l/h umgewälzt wird. Bei Temperaturen zwischen 8 °C und 20 °C könnte die Wassermenge und der Umwälzgrad kontinuierlich oder gestuft erhöht werden. Beispielsweise kann eine mittlere Drehzahl bei Temperaturen zwischen 15 und 18 °C vorgesehen sein. Ab einem Temperaturgrenzwert von 20 °C sollte dann die Pumpe mit maximaler Drehzahl zur maximalen Umwälzung laufen.

Die Erhöhung der Drehzahl der Pumpe bei sich erhöhenden Wassertemperaturen kann linear erfolgen. Aufgrund der Erhöhung der biologischen Reaktionsgeschwindigkeit ist in vielen Fällen jedoch zumindest bereichsweise auch eine Erhöhung in exponentieller Abhängigkeit sinnvoll.

Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung wird vorzugsweise bei Pumpen mit einem elektronisch kommutierten Antrieb (EC-Pumpen) eingesetzt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Steuerung und den Temperatursensor direkt in die Pumpe zu integrieren. Es ist aber ebenfalls möglich, eine externe Elektronik und/oder Sensorik einzusetzen, die auch mit konventionellen Asynchron- oder Synchronpumpen betrieben werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel einer Pumpe mit integrierter Steuerung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in den Figuren beschrieben; es zeigen:

1 schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe und

2 einen Schnitt in Richtung II-II durch den Gegenstand aus 1.

Die dargestellte Pumpe besitzt ein Gehäuse 1 mit einem Ansaugstutzen 2, durch den das Wasser in die Pumpe hineintritt, und einem Druckstutzen 3, über den das Wasser die Pumpe wieder verläßt. Gefördert wird das Wasser über ein Laufrad 4, das über eine Welle 5 von einem Elektromotor 6 angetrieben wird. Der Elektromotor 6 besitzt einen Rotor 7, der durch ein aus Elektrospulen 8 gebildetes elektromagnetisches Feld in Drehung versetzt wird. Ein Spaltrohr 9 trennt den wasserdurchflossenen Bereich 1' des Gehäuses 1 von dem elektrischen und damit trocken zu haltenden Gehäusebereich 1'' ab. Vorzugsweise ist in dem elektrischen Bereich 1'' auch eine Steuerelektronik 11 angeordnet, über die die Drehzahl des Motors und damit auch der Pumpe geregelt wird. Im Inneren des Gehäuses ist außerdem ein Temperatursensor 12 angeordnet, der die Temperatur des an ihm vorbeibeförderten Wassers an der Position des Pfeils 13 mißt. Der Temperatursensor 12 ist auf nicht dargestellte Weise mit der Steuerelektronik 11 verbunden.

Bevorzugt ist der Temperatursensor 12 so angeordnet, daß er möglichst wenig Eigenwärme der Pumpe aufnimmt, um eine weitestgehend unbeeinflußte Wassertemperaturmessung durchführen zu können. Eine besonders vorteilhafte Position des Temperatursensors 12 ist in den 1 und 2 dargestellt. Die Anordnung des Temperatursensors 12 ist dabei so gewählt, daß er sich genau im Übergang zwischen dem wasserdurchflossenen Bereich 1' des Gehäuses und dem elektrischen Bereich 1'' des Gehäuses befindet. So kann eine Messung der Temperatur im wasserdurchflossenen Bereich erfolgen, während eine technisch sichere und trockene Anbindung an die Steuerelektronik 11 im elektrischen Bereich 1'' der Pumpe möglich ist. Vorteilhaft ist der Temperatursensor 12 dazu im Flansch des Spaltrohrs 9 aufgenommen. Diese Position wird dadurch optimiert, daß der Temperatursensor in möglichst großer Entfernung von jeder der Spulen 8 des Pumpenmotors 6 anzuordnen ist. Bei wie dargestellt sternförmig angeordneten Spulen 8 befindet sich eine solche vorteilhafte Position des Temperatursensors 12 genau mittig in einem freien Segment zwischen zwei Spulen (sh. 2).

An der Gehäuseoberseite befindet sich von außen zugänglich ein Schalter 14, über den über eine nicht dargestellte Verbindung zur Steuerelektronik 11 die Regelung in Abhängigkeit von der am Temperatursensor 12 gemessenen Wassertemperatur ein- oder ausgeschaltet werden kann. Über diesen Schalter kann daher zwischen manueller Steuerung und automatischem Betrieb gewechselt werden.

Neben dem Temperatursensor 12 kann die gesamte Pumpenanordnung noch weitere Sensorik beispielsweise zur Erfassung der Gewässertrübung oder des aktuellen Sauerstoffgehalts beinhalten. Diese Signale können ebenfalls von der Steuerelektronik ausgewertet werden und über die Steuersoftware in die Drehzahlregelung einfließen. Da der wesentlichste Einflußfaktor jedoch die Wassertemperatur ist, sind auch Pumpenanordnungen, die ausschließlich einen Temperatursensor aufweisen, bereits sehr effektiv und sparen gegenüber herkömmlichen, manuell geregelten Pumpen durch einen stets optimalen Betrieb erheblich Energie. Derartige Pumpenanordnungen sind ganzjährig fast ohne Wartung und Aufwand zu betreiben. Ihre Steuersoftware kann sozusagen als Jahresbiologieprogramm bezeichnet werden, da eine automatische Anpassung der Pumpenleistung an die Jahreszeiten und die sich dadurch ergebenden Betriebsnotwendigkeiten erzielt wird. Die Steuersoftware kann daneben noch weitere kalendarische oder tageszeitabhängige Einflußfaktoren berücksichtigen und dadurch die Pumpe an die Bedürfnisse des Betreibers und des Gewässers, in dem sie zum Einsatz kommt, noch besser erfüllen.


Anspruch[de]
Pumpenanordnung für biologischen Einflüssen unterworfene Gewässer oder Wasserbehältnisse wie zum Beispiel Teiche, Aquarien oder Springbrunnen mit zumindest einer Wasserpumpe und einer Steuerung für deren Drehzahl, gekennzeichnet durch wenigstens einen Temperatursensor (12) zur Messung der Wassertempetatur, dessen Signale in der Steuerung verarbeitet und zur Regelung der Drehzahl der Pumpe herangezogen werden. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Steuerelektronik (11) und einen Datenspeicher mit einer Steuersoftware aufweist. Pumpenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Datenspeicher ein Temperaturgrenzwert vorgegeben ist, ab dem die Steuerung die Pumpe zum Betrieb mit maximaler Drehzahl regelt. Pumpenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Datenspeicher Teillasttemperaturgrenzwerte vorgegeben sind, bei denen die Steuerung eine gestufte Anpassung der Pumpendrehzahl einstellt. Pumpenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (11) eine stufenlose Anpassung der Pumpendrehzahl regelt. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (11) die Anpassung der Pumpendrehzahl zumindest bereichsweise in linearer Abhängigkeit von der am Temperatursensor (12) gemessenen Temperatur regelt. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (11) die Anpassung der Pumpendrehzahl zumindest bereichsweise in exponentieller Abhängigkeit von der am Temperatursensor (12) gemessenen Temperatur regelt. Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung in die Pumpe integriert ist. Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe einen von der Außenseite ihres Gehäuses (1) aus zugänglichen Schalter (14) zur Betätigung der Steuerung aufweist. Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (12) in die Pumpe integriert ist. Pumpenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (12) im Inneren des Pumpengehäuses (1) angeordnet ist. Pumpenanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (12) innerhalb des Pumpengehäuses (1) in möglichst großer Entfernung von jeder Spule (8) des Pumpenmotors (6) angeordnet ist.






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