Doppelpumpe mit übergeordneter Steuerung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Doppelpumpe mit zwei in einem Gehäuse (1) angeordneten Laufrädern, die ein Fördermedium fördern, wobei jedes Laufrad von je einem Elektromotor (3a, 3b)angetrieben ist, und mittels einer übergeordneten Steuerung und/oder Regelung (4) die Drehzahlen der beiden Elektromotoren (3a, 3b) jeweils unabhängig voneinander beliebig zwischen dem Motorstillstand und der Nenndrehzahl einstell- oder regelbar sind, wobei die übergeordnete Steuerung und/oder Regelung (4) an einem der beiden Elektromotoren (3a, 3b) angeordnet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Doppelpumpe mit zwei in einem Gehäuse angeordneten Laufrädern, die ein Fördermedium fördern, wobei jedes Laufrad von je einem Elektromotor angetrieben ist, und mittels einer übergeordneten Steuerung und/oder Regelung die Drehzahlen der beiden Elektromotoren jeweils unabhängig voneinander beliebig zwischen dem Motorstillstand und der Nenndrehzahl einstell- oder regelbar sind.

[0002] Um große Fördermengen zu fördern bei gleichzeitigem Einsatz von kleineren Elektromotoren und Pumpen oder um eine Redundanz im Förderkreislauf zu schaffen, werden heute bevorzugt Doppelpumpen eingesetzt. Dabei werden zwei Laufräder in einem Gehäuse angeordnet, wobei jedes Laufrad von einem Elektromotor angetrieben ist. Die Elektromotoren besitzen meist 3-4 Drehzahlstufen, die mittels einer Steuerung einstellbar sind. Bei einer Änderung des Förderstroms ergeben sich somit unterschiedliche Förderhöhen. Auch sind Pumpensystems bekannt, bei denen eine Förderhöhe vorgebbar ist und eine Regelung durch Umschalten in die einzelnen Drehzahlstufen die Förderhöhe in einem gewissen Bereich gewährleistet. Hierbei treten jedoch nachteilig relative Druckschwankungen auf. Ferner sind Einzelpumpen bekannt, bei denen die Drehzahl mittels einer Regelung kontinuierlich veränderbar ist. Die Elektronik der Steuerung kann dabei meist über eine digitale Schnittstelle mit einem Pumpenleitrechner in Verbindung sein. Der Leitrechner gibt dabei die erforderlichen Drehzahlen den Motoren vor. Auch kann der Pumpenleitrechner vorgeben, welcher Elektromotor mit welcher Drehzahl zu einer bestimmten Zeit die jeweilige Pumpe antreiben soll. So kann z.B. bei Mehrpumpenanlagen bei Abweichung des eingestellten Sollwerts eine lastabhängige Zu- und Abschaltung einer weiteren Pumpe vorgenommen werden.

[0003] Aus dem von Reinhold Döring in der Haustechnische Rundschau 7/1988, S.230-235 veröffentlichten Artikel



Regelung von Pumpen und Ventilatoren in der Versorgungstechnik Teil 2 und Schluß" ist eine Doppelpumpe bekannt, die über eine übergeordnete Pumpensteuerung für eine Doppelpumpe verfügt. Mittels der übergeordneten Pumpensteuerung wird die Drehzahl beider Motoren der Doppelpumpe kontinuierlich, d.h. ohne Drehzahlsprünge dem Bedarf entsprechend eingeregelt. Die übergeordnete Steuerung wird dabei zusammen mit anderen Schaltmitteln zentral in Raum an einer Wand befestigt.

[0004] Durch eine derartige Anordnung der übergeordneten Pumpensteuerung ergeben sich jedoch lange Wege zwischen der Steuerung und der Pumpe selbst, die mittels geeigneter elektrischer Kabel überbrückt werden müssen. Derartige Kabel sind nicht nur teuer, sondern es entstehen zusätzliche Kosten für die Installation der Kabel.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Doppelpumpe bereitzustellen, die oben aufgeführten Nachteile des Standes der Technik umgeht, wodurch die Doppelpumpe leichter, billiger und schneller zu Installieren ist.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die übergeordnete Steuerung und/oder Regelung an einem der beiden Elektromotoren direkt angeordnet ist. Hierdurch entfallen die sonst notwendigen Kabel oder Übermittlungseinrichtungen für die Steuerdaten, wodurch nicht nur die Installationskosten, sondern auch der Platzbedarf für Pumpe und Steuerung sinken.

[0007] Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn jeder der beiden Elektromotoren eine Regelung hat, wobei die jeweilige Regelung die Motordrehzahl des zugehörigen Elektromotors entsprechend der von der übergeordneten Steuerung und/oder Regelung vorgegebenen Führungsgröße einregelt und die Regelungen als Module ausgebildet sind, die jeweils auf dem zugehörigen Elektromotor insbesondere lösbar befestigbar sind und mittels elektrischer Kontakte mit dem jeweiligen Elektromotor in elektrischer Verbindung sind. Dabei sind in einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Regelungen in einem Gehäuse angeordnet sind. Dieses Gehäuse ist auf einem der Elektromotoren insbesondere lösbar befestigbar ist und mittels elektrischer Kontakte mit den beiden Elektromotoren in elektrischer Verbindung ist. Hierdurch entfällt ein Gehäuse wodurch erneut die Produktionskosten gesenkt werden.

[0008] Die Verwendung von Elektromotoren, deren Drehzahl mittels einer Steuerung bzw. Regelung beliebig zwischen dem Motorstillstand und der Nenndrehzahl einstell- bzw. regelbar sind, hat den Vorteil, daß die geforderte Förderhöhe genau und stetig einstellbar ist. Eine Änderung des Förderstroms bzw. der Anlagennetzkennlinie kann mittels der Regelung und der beliebig einstellbaren Drehzahlen der Laufräder ohne auftretende Drucksprünge im Leitungsnetz erreicht werden. Durch die Stetigkeit und Gleichmäßigkeit der Einregelung werden sämtliche Komponenten des Leitungsnetzes vorteilhaft weniger belastet, wodurch sich die Betriebssicherheit erhöht und die Wartungs- und Reparaturkosten gesenkt werden.

[0009] Weicht der Ist-Wert der Druckdifferenz bzw. Förderhöhe vom vorgegebenen Sollwert ab, so kann z. B. bei einer lastabhängigen Zu- bzw. Abschaltung der zweiten Pumpe die Drehzahl der zweiten Pumpe kontinuierlich vom Stillstand bis zur erforderlichen Drehzahl erhöht werden, wodurch Drucksprünge vermieden werden.

[0010] Die Führungsgröße ist dabei vorteilshaft die Förderhöhe bzw. Druckdifferenz zwischen Ansaug- und Auslaßseite der jeweiligen Pumpe. Die Druckdifferenz kann dabei mittels eines herkömmlichen Druckmessers ermittelt werden.

[0011] Bevorzugt wird jedoch die Stromaufnahme jedes Elektromotors von der jeweils zugehörigen Regelung ermittelt, wobei aus der Stromaufnahme des Motors die tatsächliche Förderhöhe bzw. Druckdifferenz zwischen Ansaug- und Auslaßseite der jeweiligen Pumpe aus der Pumpen- und Motorkennlinie ermittelbar ist und die ermittelte Druckdifferenz der Ist-Wert für die jeweilige Regelung ist.

[0012] Mittels der übergeordneten Steuerung können den Regelungen in ihren Werten unterschiedliche Führungsgrößen vorgegeben werden, wodurch sich eine beliebige Förderhöhe bzw. Druckdifferenz einregeln läßt. Vorteilsmäßig wird die Pumpe im Doppelbetrieb betrieben, wobei die übergeordnete Steuerung zur Erzielung einer gewünschten Förderhöhe beide Pumpen gleichzeitig einschaltet und beiden Regelungen gleiche Werte für die Führungsgröße vorgibt, derart, daß beide Pumpen mit der gleichen Drehzahl fördern. Beide Pumpen haben vorteilsmäßig die gleichen Pumpenkennlinien, wodurch beide Pumpen bei gleichen Drehzahlen in jeweils gleichen Betriebspunkten laufen. Hierdurch werden beide Pumpen mit den gleichen Betriebszeiten betrieben, wodurch sich eine gleichmäßige Abnutzung beider Pumpen erzielen läßt. Das Wartungsintervall ist dann für beide Pumpen gleich groß, wobei die Wartung für beide Pumpen gleichzeitig durchgeführt werden kann.

[0013] Dadurch, daß beide Pumpen mit gleicher Drehzahl fördern, sind die Drehzahlen der beiden Pumpen niedriger als die Drehzahl einer einzigen Pumpe bei gleicher bereitzustellender Förderhöhe. Die Pumpenlaufgeräusche sind dadurch erheblich geringer. Die Pumpe läuft somit leiser und ruhiger.

[0014] Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, daß kein Umschalten bzw. Zuschalten nötig ist, wodurch vorteilsmäßig Druck- und Mengenstromsprünge vermieden werden.

[0015] Es ist ebenfalls vorteilsmäßig, wenn die Regelungen Module sind, die jeweils auf dem zugehörigen Elektromotor insbesondere lösbar befestigbar sind und mittels elektrischer Kontakte mit dem Elektromotor in elektrischer Verbindung sind. Auch ist es vorteilsmäßig, wenn die Regelungen in einem Gehäuse angeordnet sind und das Gehäuse als Modul auf einem Elektromotor insbesondere lösbar befestigt ist. Ebenfalls sollte die übergeordnete Steuerung als Modul ausgebildet sein, wobei das Modul auf einem Regelungsmodul insbesondere lösbar befestigbar sein sollte. Das Steuerungsmodul ist dabei mittels elektrischer Kontakte mit dem Regelungsmodul in elektrischer Verbindung. Auch ist es vorteilhaft, wenn die übergeordnete Steuerung zusammen mit den beiden Regelungen in einem Gehäuse angeordnet sind und das Gehäuse als Modul auf einem Elektromotor insbesondere lösbar befestigbar ist. In einer weiteren, ebenfalls vorteilsmäßigen Ausführungsform ist die übergeordnete Steuerung zusammen mit nur einer Regelung eines Elektromotors in einem Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse als Modul auf diesem Elektromotor insbesondere lösbar befestigbar ist und die Anregelung des anderen Elektromotors als Modul auf dem anderen Elektromotor insbesondere lösbar befestigbar ist.

[0016] Eine derartige Modulbauweise läßt es zu, daß verschiedene benutzerspezifische Steuerungen und/oder Regelungen einfach und schnell an der Doppelpumpe befestigbar sind, wodurch zusätzliche Kabel unnötig werden und sich eine hohe Betriebssicherheit der Pumpe erzielen läßt.

[0017] Wenn es gewünscht ist, kann die übergeordnete Steuerung vorteilshaft mittels Daten- und/oder Steuerleitungen mit einem Pumpenleitrechner oder mit einer oder mehreren anderen übergeordneten Steuerungen oder Regelungen von Einzel- oder Doppelpumpen in Verbindung sein. Dies hat den Vorteil, daß mittels einer übergeordneten Steuerung z.B. mehrere Doppelpumpen steuerbar sind.

[0018] Die übergeordnete Steuerung kann zudem programmierbar sein. Sie kann zusätzlich eine programmierbare Zeitschaltung haben, mittels der die Pumpen in vorgebbaren Zeitintervallen ein- oder ausschaltbar sind oder ihre Drehzahlen oder das Niveau der Förderhöhe voreinstellbar sind. Zudem kann die übergeordnete Steuerung die Pumpen in zeitlicher Reihenfolge abwechselnd einschalten, derart, daß bis auf die Einschaltphase immer nur eine Pumpe das Fördermedium fördert. Hierdurch läßt sich vorteilsmäßig erreichen, daß beide Pumpen mit gleichen Betriebszeiten gefahren werden, so daß die Wartungsintervalle für die Pumpen gleich angesetzt werden können. Auch kann die übergeordnete Steuerung bei einem Defekt der einen Pumpe die Drehzahl der andern Pumpe erhöhen oder die defekte Pumpe abschalten, wobei gleichzeitig die andere Pumpe die Arbeit der defekten Pumpe vollständig übernimmt, um die Förderhöhe konstant zu halten bzw. den Druckabfall zwischen Pumpenansaug- und Pumpenauslaßseite auszugleichen. Durch eine derartige Redundanz erhöht sich die Funktionssicherheit der Anlage, was vorteilsmäßig die Betriebskosten und Wartungskosten niedrig hält.

[0019] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

[0020] Es zeigen:

Figur 1:

Eine Doppelpumpe mit übergeordneter Steuerung

Figur 2:

Eine Seitenansicht einer Doppelpumpe mit übergeordneter Steuerung

Figur 3:

Ein Blockschaltbild einer Doppelpumpe mit übergeordneter Steuerung und zusätzlicher Regelungsmodule für jeden Elektromotor

Figur 4:

Zwei Doppelpumpen mit lediglich einer übergeordneter Steuerung

Figur 5:

Eine Doppelpumpe, bei der die Regelungen und die übergeordnete Steuerung in einem Gehäuse angeordnet sind.

[0021] Figur 1 zeigt eine Doppelpumpe mit einem Gehäuse 1, welches eine Pumpenansaugseite 2b und eine Pumpenauslaßseite 2a hat. In dem Gehäuse 1 sind zwei nicht dargestellte Pumpenlaufräder angeordnet, die jeweils von den Elektromotoren 3a, 3b angetrieben werden. Auf den Motorengehäusen sind Regelungen 5 als Module mittels Schraub- oder Schnappverbindungen befestigt. Auf dem einen Regelungsmodul 5 ist das übergeordnete Steuerungsmodul 4 befestigt, welches seinerseits mittels einer schnapp- oder Schraubverbindung auf dem Regelungsmodul 5 befestigt ist. Das übergeordnete Steuerungsmodul 4 verfügt über Anzeigeelemente 4a, sowie über eine Eingabe-Tastatur 4b zur Einstellung von bestimmten Programmen bzw. Pumpenschaltungen.

[0022] Das übergeordnete Steuerungsmodul 4 ist mittels eines Übertragungskabels 6 mit dem Regelungsmodul des zweiten Elektromotors 3b verbunden und steuert diesen über das Kabel 6.

[0023] In Figur 2 ist eine Seitenansicht der Doppelpumpe dargestellt.

[0024] Figur 3 zeigt ein mögliches Blockschaltbild einer Doppelpumpe. Die übergeordnete Steuerung 4 hat dabei eine CPU, welche mit einem Speicher, einer Eingabemöglichkeit zur Programmierung, einer Anzeige des Programmablaufs, sowie der Betriebszustände und einen Datenbus, über die es mit den nachgeschalteten Regelungen oder wie in Figur 4 dargestellt, mit anderen Pumpen kommuniziert bzw. diese steuert.

[0025] Wie in Figur 3 dargestellt, ist die eigentliche Regelung autark in den Regelungsmodulen 5 angeordnet und regelt die Motordrehzahl gemäß des vorgegebenen Soll-Wertes ein. Dabei wird die Stromaufnahme des Motors von der Regelung ermittelt und anhand der bekannten Pumpen- und Motorkennlinie die von der Pumpe momentan erzeugte Druckdifferenz p₂ - p₁ zwischen dem Ansaugstutzen 2b und dem Auslaßstutzen 2a berechnet. Der errechnete Ist-Wert der Druckdifferenz der Pumpe wird mit dem durch die übergeordneten Steuerung vorgegebenen Soll-Wert der Förderhöhe (Führungsgröße) verglichen. Bei einer Abweichung der beiden Werte, versucht die Regelung die Motordrehzahl der Pumpe entsprechend nachzuregeln.

[0026] Jede Regelung 5 ist über eine zusätzliche Kommunikationsschnittstelle mit der übergeordneten Steuerung 4 in Verbindung. Mittels der Kommunikationsschnittstelle tauschen die Regelungen 5 mit der übergeordneten Steuerung Daten aus. So kann die Regelung 5 der übergeordneten Steuerung 4 einen Defekt der jeweiligen Pumpe oder des jeweiligen Motors (3a, 3b) mitteilen. Auch kann die übergeordnete Steuerung 4 die Pumpe in bestimmte Betriebsarten schalten. Mögliche Betriebsarten sind z.B. Stillstand, maximale Drehzahl oder Regelungsbetrieb der Pumpe. So ist es möglich, daß die eine Pumpe mit maximaler Drehzahl fördert und die andere Pumpe im Regelbetrieb gefahren wird. Eine weiterer Betriebsmodus ist die Synchronisierung der beiden Pumpen, derart, daß beide Pumpen mit gleicher Drehzahl gefahren werden. Auch ist es möglich, daß lediglich eine Pumpe im Betrieb ist und die andere stillgesetzt ist.

[0027] Bei einem Defekt einer Pumpe, wird diese über die Kommunikationsschnittstelle die übergeordnete Steuerung 4 alarmieren, woraufhin die übergeordnete Steuerung 4 die Pumpen gemäß des eingespeicherten Programms anders schaltet bzw. neue Soll-Werte berechnet.

[0028] Figur 5 zeigt eine Doppelpumpe, bei der die Regelungen für die beiden Pumpen zusammen mit der übergeordneten Steuerung in einem Gehäuse angeordnet sind und das Gehäuse auf einem Elektromotor 3 befestigt ist.

Ansprüche

1. Doppelpumpe mit zwei in einem Gehäuse (1) angeordneten Laufrädern, die ein Fördermedium fördern, wobei jedes Laufrad von je einem Elektromotor (3a, 3b)angetrieben ist, und mittels einer übergeordneten Steuerung und/oder Regelung (4) die Drehzahlen der beiden Elektromotoren (3a, 3b) jeweils unabhängig voneinander beliebig zwischen dem Motorstillstand und der Nenndrehzahl einstell- oder regelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung und/oder Regelung (4) an einem der beiden Elektromotoren (3a, 3b) angeordnet ist.

2. Doppelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Elektromotoren (3a, 3b) eine Regelung (5) hat, wobei die jeweilige Regelung (5) die Motordrehzahl des zugehörigen Elektromotors (3a, 3b) entsprechend der von der übergeordneten Steuerung und/oder Regelung (4) vorgegebenen Führungsgröße einregelt und die Regelungen (5) als Module ausgebildet sind, die jeweils auf dem zugehörigen Elektromotor (3a, 3b) insbesondere lösbar befestigbar sind und mittels elektrischer Kontakte mit dem jeweiligen Elektromotor (3a, 3b) in elektrischer Verbindung sind.

3. Doppelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungen (5) in einem Gehäuse angeordnet sind und das Gehäuse auf einem Elektromotor (3a, 3b) insbesondere lösbar befestigbar ist und mittels elektrischer Kontakte mit den beiden Elektromotoren (3a, 3b) in elektrischer Verbindung ist.

4. Doppelpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße die Förderhöhe bzw. Druckdifferenz zwischen Ansaug- (2b) und Auslaßseite (2a) der jeweiligen Pumpe ist.

5. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz zwischen der Pumpenansaug- (2b) und der Pumpenauslaßseite (2a) mittels eines Druckmessers ermittelbar ist und der ermittelte Druckdifferenz-Wert der Ist-Wert für die jeweilige Regelung (5) ist.

6. Doppelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromaufnahme jedes Elektromotors (3a, 3b) von der jeweils zugehörigen Regelung (5) ermittelbar ist und aus der Stromaufnahme des Motors (3a, 3b) die tatsächliche Förderhöhe bzw. Druckdifferenz zwischen Ansaug- (2b) und Auslaßseite (2a) der jeweiligen Pumpe ermittelbar ist und die ermittelte Druckdifferenz der Ist-Wert für die jeweilige Regelung (5) ist.

7. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Regelungen (5) in ihren Werten unterschiedliche Führungsgrößen durch die übergeordnete Steuerung (4) vorgebbar sind.

8. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (4) als Modul ausgebildet ist und auf einem Regelungsmodul (5) insbesondere lösbar befestigbar ist.

9. Doppelpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das übergeordnete Steuerungsmodul (4) mittels elektrischer Kontakte mit dem Regelungsmodul (5) in elektrischer Verbindung ist.

10. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (4) zusammen mit den beiden Regelungen (5) in einem Gehäuse angeordnet ist und das Gehäuse als Modul auf einem Elektromotor (3a, 3b) insbesondere lösbar befestigbar ist.

11. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (4) zusammen mit einer Regelung (5) eines Elektromotors (3a, 3b) in einem Gehäuse angeordnet ist und das Gehäuse als Modul auf diesem Elektromotor (3a, 3b) insbesondere lösbar befestigbar ist und die andere Regelung (5) als Modul auf dem anderen Elektromotor (3a, 3b) insbesondere lösbar befestigbar ist.

12. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (4) mittels Daten und/oder Steuerleitungen (6) mit einem Pumpenleitrechner oder mit einer oder mehreren anderen übergeordneten Steuerungen (4) oder Regelungen (5) von Einzel- oder Doppelpumpen in Verbindung ist.

13. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (4) programmierbar ist.

14. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (4) eine programmierbare Zeitschaltung hat, mittels der die Pumpen in vorgebbaren Zeitintervallen ein- oder ausschaltbar oder ihre Drehzahlen oder das Niveau der Förderhöhe voreinstellbar sind.

15. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (4) die Pumpen in zeitlicher Reihenfolge abwechselnd einschaltet, derart, daß bis auf die Einschaltphase immer nur eine Pumpe das Fördermedium fördert.

16. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (4) zur Erzielung einer gewünschten Förderhöhe beide Pumpen gleichzeitig einschaltet und den beiden Regelungen (5) gleiche Werte für die Führungsgröße vorgibt, derart, daß beiden Pumpen mit der gleichen Drehzahl fördern.

17. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beide Pumpen die gleiche Pumpenkennlinie haben.

18. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe als Master-Pumpe und die andere Pumpe als Slave-Pumpe schaltbar ist, wobei die Pumpe Master-Pumpe ist, auf deren Regelungsmodul (5) das Modul der übergeordneten Steuerung (4) befestigt ist.

19. Doppelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuerung (4) bei einem Defekt der einen Pumpe die Drehzahl der anderen Pumpe erhöht, um den Druckabfall zwischen Pumpenansaug- (2b) und Pumpenauslaßseite (2a) auszugleichen.

Zeichnung