DE29504606U1 - Regen- und/oder Grauwassernutzungsanlage sowie Steuergerät dafür - Google Patents

Description

Regen- und/oder Grauwassernutzungsanlage sowie Steuergerät dafür

Die Erfindung richtet sich, auf eine Regen- und/oder Grauwassernutzungsanlage mit einem Wasserbehälter und einer daraus in einen Druck- oder Zwischenbehälter und/oder in eine Regen- oder Grauwasserleitung fördernden Wasserpumpe einerseits, sowie auf ein Steuergerät für eine derartige Anlage andererseits.

Infolge der beständig steigenden Kosten für die Versorgung mit Trinkwasser erfreut sich die Sammlung von Regen- und/oder Grauwasser, wie es beim Duschen oder Wäschewaschen anfällt, zunehmender Beliebtheit. Dieses kann sodann zum Gießen oder für die Toilettenspülung benutzt werden.

Eine derartige Anlage benötigt in der Minimalkonfiguration wenigstens eine Wasserpumpe, die das gesammelte Wasser zu den an eine von dem Trinkwassernetz getrennte Regenwasserleitung angeschlossenen Wasserverbrauchern fördert. Diese Förderpumpe muß in Trockenperioden sowie bei verstärktem Verbrauch vor einem Trockenlauf geschützt werden. Darüber hinaus sollte eine Nachfüllung des Behälters aus dem Trinkwassernetz vorgesehen sein, um für derartige Betriebsfälle gewappnet zu sein. In einem solchen Fall ist es wichtig, das Nachfüllventil so zu steuern, daß der Sammelbehälter nicht überläuft, da dieses einen unnötigen Wasserverbrauch bedingen würde. In beiden Fällen ist es daher notwendig, den Füllstand des Wassers in dem Sammelbehälter zu überwachen.

Hierfür wurden in der Vergangenheit meist Sensoren verwendet, welche die exakte Pegelhöhe bestimmen und in ein

zur Pegelhöhe proportionales, analoges Ausgangssignal umwandeln. Derartige Sensoren mit einem analogen Ausgangssignal für die Pegelhöhe sind relativ teuer und führen dazu, daß die Kosten für eine Wassernutzungsanlage in keinem Verhältnis zu der Kostenersparnis stehen, welche durch die Reduzierung des Trinkwasserverbrauchs erzielt wird. Andererseits sind schaltende Pegelsensoren bekannt, die aber nur zur überwachung eines einzigen Pegels verwendet werden können. Wie oben bereits angedeutet, sind jedoch mehrere Pegel zu überwachen: Der Trockenlaufschutz-Pegel, der Nachfüllpegel sowie der Überlaufpegel, so daß demnach insgesamt drei solcher Sensoren notwendig wären, was ebenfalls zu relativ hohen Kosten führt.

Aus diesen Nachteilen des bekannten Stands der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Regenwassernutzungsanlage mit einer Struktur zu schaffen, die nur einen einzigen, möglichst billigen Füllstandssensor benötigt.

Diesem Problem kann mittels einer Anordnung gem. dem Hauptanspruch abgeholfen werden. Indem solchermaßen ein virtueller, unterster Trockenlaufschutz-Pegel sowie eine Schalthysterese für die Förderpumpe auf elektronischem Weg erzeugt wird, ist es möglich, einen schaltenden, hystereselosen Füllstandssensor zu verwenden. Der virtuelle Trockenlaufschutz-Pegel wird dadurch erzeugt, daß ab dem Zeitpunkt des Unterschreitens des von dem schaltenden Füllstandssensors direkt überwachten Pegels noch eine vorbestimmte Restlaufzeit für die Förderpumpe reserviert ist, nach deren Ablauf die Pumpe gesperrt wird, bis der Pegel infolge Zulaufs wieder den direkt überwachten Wert überschreitet. Da bei dieser Betriebsart ein einfacher Sensor von der Art eines Leitfähigkeitssensors verwendet

werden kann, lassen sich erhebliche Kosten einsparen, ohne die Betriebszuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Anlage zu reduzieren.

Ähnlich kann für die Trinkwassernachfüllung ein virtueller Ausschaltpegel generiert werden, indem mit der Öffnung des Nachfüllventils ein Zeitschaltkreis gestartet wird, der die Nachfülldauer begrenzt. Nach Ablauf der vorgegebenen Nachfülldauer ist ein vorgegebenes Wasservolumen in den Sammelbehälter eingelaufen, wodurch der virtuelle Ausschaltpegel erreicht ist. Hierdurch kann auf höchst effiziente Weise ein Überlauf des Behälters in Folge einer zu langen Nachfüllperiode ausgeschlossen werden.

Die erfindungsgemäßen Elektronikbaugruppen werden in einem handlichen Gehäuse zusammengefaßt, das bevorzugt an seiner Rückseite mit einem angeformten Netzstecker versehen ist, so daß durch einfaches Einstecken in eine Netzsteckdose einerseits die Stromversorgung gewährleistet ist und andererseits zusätzliche Maßnahmen zur Befestigung des Gehäuses entfallen können. Um weiteren Anschluß- und/oder verkabelungsproblemen vorzubeugen, ist an der Vorderseite des Gehäuses eine Steckdose für den Netzstecker der Förderpumpe integriert, so daß die Förderpumpe einfach durch Einstecken ihres Netzsteckers vor Trockenlauf geschützt werden kann.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie aus der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur einen Prinzipschaltplan eines erfindungsgemäßen Steuergeräts, an welchem ein Sensor, eine Förderpumpe sowie ein Nachfüllventil angeschlossen sind.

Die Regenwassernutzungsanlage 1 umfaßt einen Regenwassersainmelbehälter 2 mit einem Zulauf 3, einer Trinkwassernachfüllvorrichtung 4, einer

Regenwasserfördervorrichtung 5 und einem Füllstandssensor 6, sowie ein Steuergerät 7. Das Regenwasser 8 strömt aus dem Zulauf 3 in den Regenwassersainmelbehälter 2, wo es sich sammelt. Von dort wird es vermittels einer Förderpumpe 9 in eine Regenwasserleitung 10 gefördert.

Die Förderpumpe 9 verfügt zu diesem Zweck über eine Saugleitung 11, deren Mündung 12 sich knapp oberhalb des Bodens 13 des Regenwasserbehälters 2 befindet. Im Anschlußbereich der Regenwasserleitung 10 ist innerhalb des Gehäuses der Förderpumpe 9 ein nicht dargestellter, schaltender Drucksensor angeordnet, dessen Ausgang mit dem Antriebsmotor 14 der Förderpumpe 9 derart gekoppelt ist, daß sich ein Zweipunkt-Regelkreis für den Druck innerhalb der Regenwasserleitung 10 ergibt. Dieser Regelkreis benötigt keine weitere Steuerung.

Jedoch muß Sorge dafür getragen werden, daß der Antriebsmotor 14 abgeschalten wird, wenn der Wasserspiegel 15 innerhalb des Regenwassersainmelbehälters 2 auf ein Niveau 16 knapp oberhalb der Mündung 12 des Saugschlauchs 11 abgesunken ist, um einen Trockenlauf der Förderpumpe 9 zu vermeiden. Damit andererseits - bspw. bei gleichzeitiger Trinkwassernachfüllung vermittels der Vorrichtung 4 - kein instabiler Zustand entsteht, wird der Antriebsmotor 14 erst wieder freigegeben, wenn infolge der Nachfüllung ein zweiter, deutlich höherer Pegel 17 erreicht ist. Bei diesem zweiten Niveau 17 befindet sich bereits genügend Wasser innerhalb des Sammelbehälters 2, so daß ein abermaliges

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- Absinken auf den Trockenlauf-Pegel 16 zumindest in kurzer Frist nicht zu befürchten ist.

Um die allein für den Trockenlaufschutz der Förderpumpe 9 notwendigen, unterschiedlichen Niveaus 16, 17 mit nur einem Füllstandssensor 6, der in dem vorliegenden Fall als Leitfähigkeitssensor ausgebildet ist, erfassen zu können, wird der untere Trockenlauf-Pegel 16 virtuell von dem Steuergerät 7 erzeugt. Dies erfolgt dadurch, daß dem zwischen den beiden Niveaus 16, 17 liegenden Flüssigkeitsvolumen 18 eine bestimmte Förderzeit der Pumpe 9 zugeordnet und durch Aufintegrieren der Laufzeit des Antriebsmotors 14 erfaßt wird.

Um den Betriebszustand des Antriebsmotors 14, der von dem nicht dargestellten Drucksensor abhängt, festzustellen, ist ein Stromwandler 19 vorgesehen, dessen Primärwicklung 20 in den Stromkreis 21 des Antriebsmotors 14 eingeschalten ist. Bei Stromfluß wird in der Sekundärwicklung 22 des Stromwandlers 19 eine Spannung erzeugt, die von einer Diode 23 gleichgerichtet und von einer Zener-Diode 24 auf einen konstanten Wert begrenzt wird. An dem heißen Anschluß 25 der Zener-Diode 24 liegt demnach ein nahezu digitales Signal vor, dessen Low-Pegel anzeigt, daß der Antriebsmotor 14 steht, während ein High-Pegel an diesem Anschluß 25 auf einen laufenden Antriebsmotor 14 hindeutet.

Dieses digitale Signal 25 wird von einem Integrationsbaustein 26 aufintegriert, um ein Maß für die Restlaufzeit des Antriebsmotors 14 zu erhalten, das von einem nachgeschalteten Komparator 27 mit einem konstant vorgegebenen Maximalwert in Form einer Gleichspannung 28 verglichen wird. Je nach dem Vergleichsergebnis 29 wird über einen nachgeschalteten Verstärker 30 ein Relais 31

betätigt. Die Kontaktzunge 32 des Relais 31 ist als .Schließkontakt ausgebildet, d.h., nur bei Stromfluß durch das Relais 31 wird der Primärstromkreis 21 des Antriebsmotors 14 freigegeben. Überschreitet das Ausgangssignal 33 des Integrators 26 den Gleichspannungspegel 28, so wechselt das Vergleichsergebnis 29 auf seinen Low-Wert, das Relais 31 wird stromlos und der Primärstromkreis 21 wird geöffnet 32.

Um zu einem sinnvollen Regelkreis zu gelangen, muß der Integrationsbaustein 26 bei Unterschreiten des Niveaus 17 gestartet und bei Überschreiten dieses Pegels 17 gestoppt und wieder zurückgesetzt werden. Diesem Zweck dient der Füllstandssensor 6. Dieser ist aus zwei Elektroden 34 gebildet, die sich innerhalb des Regenwassersaitimelbehälters 2 auf dem Niveau 17 befinden. Eine der beiden Elektroden 34 ist an eine Gleichspannungsquelle 35 angeschlossen, so daß sie ständig eine positive Spannung gegenüber dem Bezugspotential 36 der Steuerung 7 aufweist. Liegt der Wasserspiegel 15 oberhalb des Niveaus 17, so tauchen beide Elektroden 34 in das Regenwasser 8, und es kann sich ein Stromfluß von der Gleichspannungsquelle 35 über die Elektroden 34 und den Widerstand 37 zurück zum Bezugspotential 36 einstellen. Dieser Strom ist durch den Widerstand 37 auf einen vorgegebenen Pegel begrenzt, der von dem Komparator 38 mit einem zweiten, etwas niedrigeren Gleichspannungspegel 39 verglichen wird. Ist der Regenwasserbehälter 2 bis über das Niveau 17 gefüllt, so ist die Spannung an dem Widerstand 37 größer als die Gleichspannung 39, und der Ausgang 40 des Komparators 38 nimmt demzufolge seinen Low-Pegel an.

Dieses Signal wird von dem Inverter 41 in eine logische "1" umgewandelt, die am Rücksetz-Eingang 42 des Integrators 26

anliegt. Beim erstmaligen Überschreiten des Niveaus 17 wird der Integrationsbaustein 26 daher zurückgesetzt und verbleibt anschließend in diesem Zustand, bis das Niveau 17 wieder unterschritten wird. In diesem Fall wird der Stromfluß durch den Widerstand 37 unterbrochen, der Komparator 38 schaltet auf High-Pegel, und dieses Signal 40 veranlaßt den Integrationsbaustein 26 über dessen Setzeingang 43, den Integrationsvorgang zu starten.

Die Betätigung der Nachfüllvorrichtung 4 wird ebenfalls von dem Sensor 6, d.h. bei Unterschreiten des Niveaus 17, ausgelöst. In diesem Fall wechselt das Ausgangssignal des Komparators 38 auf seinen High-Pegel. Eine solche positive Flanke des Signals 40 veranlaßt einen Zeitschaltkreis 44, an seinem Ausgang 45 einen Ausgangsimpuls von definierter Dauer abzugeben. Dieser Ausgangsimpuls gelangt über einen Verstärker 46 an ein zweites Relais 47, dessen Kontaktzunge 48 ebenfalls als Schließer ausgebildet ist. Während der Dauer des Impulses 45 wird demnach der Magnet 4 9 erregt, der dabei das Nachfüllventil 50 öffnet. Durch dieses Ventil 50 fließt sodann Wasser aus dem Trinkwassernetz 51 in den Regenwassersammelbehälter 2 nach, wodurch der Füllstand 15 ansteigt. Die Impulsdauer des Zeitschaltkreises 44 ist so eingestellt, daß während dieses Zeitraums durch das nachfließende Trinkwasser gerade eben das virtuelle Niveau 52 erreicht wird, das einen ausreichenden Wasservorrat innerhalb des Regenwassersammelbehälters 2 gewährleistet.

Das Steuergerät 7 benötigt nur einen einzigen elektrischen Anschluß in Form eines Netzsteckers 53, der mit dem Gehäuse 54 baulich integriert ist. In ähnlicher Form kann die Schnittstelle des Primärstromkreises 21 zwischen dem Antriebsmotor 14 und dem Steuergerät 7 als mit dem Gehäuse 54 integrierte Netzsteckdose 55 ausgebildet sein.

Claims (10)

SCHUTZANSPRÜCHE

1. Regen- und/oder Grauwassernutzungsanlage (1) mit einem Regen- und/oder Grauwasserbehälter (2) und einer daraus in einen Druck- oder Zwischenbehälter und/oder in eine Regen- und/oder Grauwasserleitung (10) fördernden Wasserpumpe (9,14), gekennzeichnet: durch einen schaltenden, hystereselosen Füllstandssensor (6), der in dem Regen- und/oder Grauwasserbehälter (2) oberhalb desjenigen Niveaus (16) angeordnet ist, auf dem sich die Öffnung (12) des Saugschlauchs (11) der Wasserpumpe (9) befindet, sowie durch eine Vorrichtung (19) zur Überwachung der Stromaufnahme der Wasserpumpe (9,14), wobei das logische Ausgangssignal (25) der Stromüberwachung (19) der Wasserpumpe (9,14) mit dem Eingang eines Integrierschaltkreises (26) gekoppelt ist, dessen Integrationsvorgang bei einer Planke eines weiteren Eingangssignals (43) gestartet wird, welches derart mit dem logischen Ausgangssignal (40) des Füllstandssensors (6) gekoppelt ist, daß die den Integrationsvorgang auslösende Flanke einem Absinken des Wasserspiegels (15) unter das Sensorniveau (17) entspricht, wobei das Ausgangs signal (33) des Integrationsschaltkreises (26) mit dem Eingang eines auf einen vorgegebenen Integrationswert (28) eingestellten Komparators (27) verbunden ist, dessen logisches Ausgangssignal (29) mit den Steuerkontakten eines Relais (31) gekoppelt ist, dessen Schaltkontakte (32) in die Stromversorgungsleitung (21) der Wasserpumpe (9,14) eingefügt sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationsschaltkreis (26) einen weiteren Eingang (42) aufweist, der ein internes Zurücksetzen des

Integrators (26) auslöst, und daß dieser Eingang (42), ggf. über einen Inverter (41), mit dem logischen Ausgangssignal (40) des Füllstandssensors (6) gekoppelt ist.
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3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Magnetventil (50,49) zum Nachfüllen des Regen- und/oder Grauwasserbehälters (2) aus dem Trinkwassernetz (51), gekennzeichnet durch einen Zeitschaltkreis (44) zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses (45) mit vorgegebenen Zeitdauer als Antwort auf eine Flanke des Eingangssignals, der eingangsseitig derart mit dem logischen Ausgangssignal (40) des Füllstandssensors (6) gekoppelt ist, daß die einen Ausgangsimpuls (45) auslösende Flanke einem Absinken des Wasserspiegels (15) unter das Sensorniveau (17) entspricht, wobei das Ausgangssignal (45) des Zeitschaltkreises (44) ggf. über einen Verstärker (46) mit dem Steuermagnet (49) des Nachfüllventils (50) gekoppelt ist.

4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Störungsmeldeeinrichtung, gekennzeichnet durch einen Zeitschaltkreis zur Erzeugung eines gegenüber einer Flanke seines Eingangssignals um eine vorgegebene Zeitdauer verzögerten Ausgangssignals, der eingangsseitig derart mit dem logischen Ausgangssignal des Füllstandssensors gekoppelt ist, daß die das verzögerte Ausgangssignal auslösende Flanke einem Absinken des Wasserspiegels unter das Sensorniveau entspricht, wobei das Ausgangssignal des Zeitschaltkreises ggf. über einen Verstärker mit der Störungsmeldevorrichtung gekoppelt ist.

5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstandssensor (6) zwei voneinander beabstandete Elektroden (34) aufweist, die zur Kontaktgabe mit dem gesammelten Regen- und/oder Grauwasser (8) ausgebildet sind, wobei wenigstens eine Elektrode (34) an eine Spannungsquelle (36) angeschlossen ist.

6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationsschaltkreis (26), der Komparator (27) sowie ggf. die Zeitschaltkreise (44) als Digitalbausteine realisiert sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Digitalbausteine in Form eines einzigen Mikrocontrollers oder -computers realisiert sind.

8. Steuergerät (7) für eine Regen- und/oder Grauwassernutzungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche elektrischen und/oder elektronischen Komponenten mit Ausnahme des Füllstandssensors (6), der Förderpumpe (9,14) sowie ggf. des Nachfüllventils (50,49) in einem gemeinsamen Gehäuse (54) angeordnet sind.

9. Steuergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gehäuse (54) ein Netzstecker (53) zum Einstecken in eine Steckdose und/oder eine Steckdose (55) zum Einstecken eines Steckers der Förderpumpe (9,14) direkt integriert ist.

10. Steuergerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen Anschluß für den Füllstandssensor

(6) sowie ggf. eine weitere Anschlußmöglichkeit für einen zusätzlichen Überwachungssensor.