DE29718813U1 - Pump with float-operated sensor device - Google Patents
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Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einer schwimmerbetätigten Sensoreinrichtung zur Erfassung des Flüssigkeitspegels der abzupumpenden Flüssigkeit. The invention relates to a pump with a float-operated sensor device for detecting the liquid level of the liquid to be pumped out.
Bei Pumpen, beispielsweise bei Tauchpumpen, die zur Entwässerung von Kellern oder Baugruben oder allgemein zum Abpumpen einer Flüssigkeit aus einem Behältnis dienen, ist es zweckmäßig, den Flüssigkeitspegel der abzupumpenden Flüssigkeit mit einer Sensoreinrichtung zu überwachen, so daß sich die Pumpe bei Überschreitung eines vorgegebenen Maximalpegels automatisch einschaltet und bei Unterschreitung eines vorgegebenen Minimalpegels automatisch wieder abschaltet. Zur Erfassung des Flüssigkeitspegels sind Sensoreinrichtungen mit einem Schwimmer bekannt, der mechanisch einen Schalter betätigt. Diese bekannten Sensoreinrichtungen sind jedoch konstruktiv aufwendig und/oder relativ störanfällig.In the case of pumps, for example submersible pumps used to drain cellars or excavations or generally to pump liquid out of a container, it is advisable to monitor the liquid level of the liquid to be pumped out using a sensor device so that the pump switches on automatically when a specified maximum level is exceeded and switches off again automatically when a specified minimum level is undershot. Sensor devices with a float that mechanically activates a switch are known for detecting the liquid level. However, these known sensor devices are structurally complex and/or relatively susceptible to failure.
Aus DE 295 08 802 U ist eine Tauchpumpe bekannt, bei der die Sensoreinrichtung durch außen am Pumpengehäuse angebrachte Elektroden gebildet wird. Wenn der Pegel der abzupumpenden, beispielsweise wäßrigen Flüssigkeit das Niveau der Elektrode erreicht, wird aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers ein Stromkreis geschlossen und somit ein entsprechendes Sensorsignal erzeugt. Eine solche Sensoreinrichtung ist jedoch nur bei elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten einsetzbar und hat außerdem den Nachteil, daß es durch Verschmutzung oder Korrosion an der Elektrode zu einer Unterbrechung des elektrischen Kontaktes und damit zu Fehlfunktionen kommen kann. Dies gilt besonders für Einschalt- und Ausschaltelektroden, die während des normalen Pumpenbetriebs wiederholt mit der Flüssigkeit in Berührung kommen. Solche Sensorelektroden eignen sich deshalb eher als Alarmelektroden, die oberhalb des regulären Ausschaltpegels angeordnet sind und deshalb nur in seltenen Ausnahmefällen von der Flüssigkeit benetzt werden.A submersible pump is known from DE 295 08 802 U in which the sensor device is formed by electrodes attached to the outside of the pump housing. When the level of the liquid to be pumped out, for example aqueous liquid, reaches the level of the electrode, an electrical circuit is closed due to the electrical conductivity of the water and a corresponding sensor signal is generated. However, such a sensor device can only be used with electrically conductive liquids and also has the disadvantage that contamination or corrosion on the electrode can lead to an interruption of the electrical contact and thus malfunctions. This is particularly true for switch-on and switch-off electrodes that repeatedly come into contact with the liquid during normal pump operation. Such sensor electrodes are therefore more suitable as alarm electrodes, which are arranged above the regular switch-off level and are therefore only wetted by the liquid in rare exceptional cases.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe der eingangs genannten Art mit einer einfach aufgebauten Sensoreinrichtung zu schaffen, die eine zuverlässige Erfassung des Einschaltpegels und/oder Ausschaltpegels gestattet.The object of the invention is to provide a pump of the type mentioned at the outset with a simply constructed sensor device which allows reliable detection of the switch-on level and/or switch-off level.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daJ3 der Schwimmer vertikalbeweglich längs einer definierten Führungsbahn geführt ist und ganz oder teilweise aus elektrisch leitendem oder magnetisierbarem Material besteht und daß die Sensoreinrichtung mindestens eine Induktionsspule aufweist, die die Bewegungsbahn des Schwimmers umgibt.This object is achieved according to the invention in that the float is guided vertically along a defined guide path and consists entirely or partially of electrically conductive or magnetizable material and in that the sensor device has at least one induction coil which surrounds the movement path of the float.
Bei einer Änderung des Flüssigkeitspegels kommt es zu einer Veränderung der Lage des Schwimmers relativ zu der Induktionsspule und damit zu einer Änderung der Impedanz dieser Spule. Anhand dieser Impedanzänderung kann die Position des Schwimmers berührungslos erfaßt werden, so daß eine hohe Sensorempfindlichkeit erreichbar ist und die Gefahr von Funktionsstörungen auf ein Minimum reduziert wird. Der Schwimmer kann folglich ein geringes Eigengewicht und ein geringes Auftriebsvolumen aufweisen, so daß eine leichte und kleinbauende Konstruktion der Sensoreinrichtung ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß die Funktion der Sensoreinrichtung nicht von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit abhängig ist, so daß die Pumpe auch zum Abpumpen von nichtleitenden Flüssigkeiten wie Ölen eingesetzt werden kann. Außerdem wird die Funktion auch nicht durch korrosions- oder verschmutzungsbedingte Änderungen von elektrisehen Übergangswiderständen beeinträchtigt.If the liquid level changes, the position of the float changes relative to the induction coil and thus the impedance of this coil changes. This change in impedance allows the position of the float to be detected without contact, so that a high level of sensor sensitivity can be achieved and the risk of malfunctions is reduced to a minimum. The float can therefore have a low weight and a low buoyancy volume, so that a light and compact design of the sensor device is possible. A further advantage of this solution is that the function of the sensor device is not dependent on the conductivity of the liquid, so that the pump can also be used to pump non-conductive liquids such as oils. In addition, the function is not impaired by changes in electrical contact resistance caused by corrosion or contamination.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Die Änderung der Impedanz der Spule in Abhängigkeit von der Position des Schwimmers kann dadurch erreicht werden, daß der Schwimmer magnetisierbares Material wie Eisen oder dergleichen enthält. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, daß der Schwimmer kein magnetisierbares Material enthält, sondern stattdessen ganz oder teilweise aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aus Aluminium besteht, so daß im Schwimmer selbst Ströme induziert werden, die einen die Induktionsspule einschließenden Schwingkreis bedampfen. Unter anderem hat diese Lösung den Vorteil, daß der Schwimmer nicht durch äußere Magnetfelder beeinflußt wird, die beispielsweise vom Magneten des Pumpenmotors erzeugt werden.The change in the impedance of the coil depending on the position of the float can be achieved by the float containing magnetizable material such as iron or the like. However, it has proven to be advantageous for the float not to contain any magnetizable material, but instead to consist entirely or partially of electrically conductive material, for example aluminum, so that currents are induced in the float itself, which vaporize an oscillating circuit enclosing the induction coil. Among other things, this solution has the advantage that the float is not influenced by external magnetic fields, which are generated, for example, by the magnet of the pump motor.
Die vertikale Führung für den Schwimmer kann beispielsweise durch einen geraden Stab gebildet werden, der von dem ringförmig ausgebildetenThe vertical guide for the float can be formed, for example, by a straight rod that extends from the ring-shaped
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Schwimmer umgeben ist. Bevorzugt wird die Führung jedoch durch einen Korb oder ein Rohr in der Form eines vertikalen Zylinders gebildet, der den Schwimmer umgibt. Bei Verwendung eines Rohres ist im Bereich des unteren Endes eine Einlaßöffnung für die Flüssigkeit und im Bereich des oberen Endes eine Lüftungsöffnung vorgesehen.· Der Schwimmer kann dann einfach die Form eines zylindrischen Auftriebskörpers haben, der mit geringem Spiel in dem Rohr geführt ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Schwimmer durch ein topfförmiges Tiefziehteil aus Aluminium gebildet, das am offenen Ende durch eine Kunststoffkappe verschlossen ist.The guide is preferably formed by a basket or a tube in the shape of a vertical cylinder that surrounds the float. When using a tube, an inlet opening for the liquid is provided in the area of the lower end and a ventilation opening is provided in the area of the upper end. The float can then simply have the shape of a cylindrical buoyancy body that is guided in the tube with little play. In a particularly preferred embodiment, the float is formed by a pot-shaped deep-drawn part made of aluminum that is closed at the open end by a plastic cap.
Diese Kunststoffkappe kann einen polygonalen, beispielsweise sechseckigen AujSenquerschnitt aufweisen, so daß sich nur eine punktförmige Berührung mit der Innenwand des Rohres ergibt und somit der Reibungswiderstand minimiert wird. Durch geeignete Gestaltung der Kunststoffkappe oder des Tiefziehteils oder durch Einlegen eines Ballastkörpers läßt sich erreichen, daß der Schwerpunkt des Schwimmers in Luft tiefer liegt als der Schwerpunkt, der sich unter Berücksichtigung des Auftriebs bei in die Flüssigkeit eintauchendem Schwimmer ergibt. Hierdurch wird der Schwimmer selbstzentrierend in einer vertikalen Lage gehalten, so daß die Gefahr einer Verkantung in dem Führungsrohr minimiert wird.This plastic cap can have a polygonal, for example hexagonal, external cross-section, so that there is only point-like contact with the inner wall of the pipe, thus minimizing frictional resistance. By appropriately designing the plastic cap or the deep-drawn part, or by inserting a ballast body, it is possible to ensure that the center of gravity of the float in air is lower than the center of gravity that results when the float is immersed in the liquid, taking into account the buoyancy. This keeps the float self-centering in a vertical position, so that the risk of jamming in the guide pipe is minimized.
Bevorzugt weist die Sensoreinrichtung zwei in unterschiedlichen Höhen, nämlich in Höhe des Einschaltpegels und des Ausschaltpegels, auf demselben Führungsrohr angeordnete Induktionsspulen auf, so daß beide Pegel mit Hilfe eines einzigen Schwimmers erfaßt werden können.Preferably, the sensor device has two induction coils arranged at different heights, namely at the level of the switch-on level and the switch-off level, on the same guide tube, so that both levels can be detected by means of a single float.
Das Führungsrohr und die Induktionsspulen sind vorzugsweise von einem äußeren Schutzrohr umgeben. Die gesamte Sensoreinrichtung bildet dann eine als eine Einheit handhabbare Patrone, die fest oder lösbar an der Außenfläche des Pumpengehäuses angebracht werden kann. Wahlweise kann die Sensoreinrichtung auch in das Pumpengehäuse integriert sein. Erforderlichenfalls kann das Schutzrohr bzw. das Pumpengehäuse eine elektrische und/oder magnetische Abschirmung zur Unterdrückung von Streufeldern aufweisen.The guide tube and the induction coils are preferably surrounded by an external protective tube. The entire sensor device then forms a cartridge that can be handled as a single unit and can be attached permanently or detachably to the outer surface of the pump housing. Optionally, the sensor device can also be integrated into the pump housing. If necessary, the protective tube or the pump housing can have electrical and/or magnetic shielding to suppress stray fields.
Die Erfassung der Impedanzänderungen der Induktionsspulen erfolgt durch bekannte elektronische Mittel, beispielsweise mit Hilfe einer in die Pumpe integrierten Steuereinrichtung, die jeder Induktionsspule ein Wechselstromsignal zuführt und auf Änderungen der Frequenz oder der Phase oder Strom-The detection of the impedance changes of the induction coils is carried out by known electronic means, for example by means of a control device integrated in the pump, which supplies an alternating current signal to each induction coil and reacts to changes in frequency or phase or current.
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oder Spannungsamplitude anspricht.or voltage amplitude.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung
näher erläutert.
5In the following, a preferred embodiment is explained in more detail with reference to the drawing.
5
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine Teilansicht eines Pumpengehäuses und einen vertikalen Schnitt durch eine außen an dem Pumpengehäuse angebrachte Sensoreinrichtung.The only drawing figure shows a partial view of a pump housing and a vertical section through a sensor device attached to the outside of the pump housing.
Eine Tauchpumpe 10, von der in der Zeichnung nur die hier interessierenden Teile dargestellt sind, weist ein Gehäuse 12 auf, das im wesentlichen die Form eines aufrecht stehenden Zylinders hat und am unteren Ende mit Einlaßöffnungen 14 für die abzupumpende Flüssigkeit versehen ist. Eine Sensoreinrichtung 16 zur Erfassung des Flüssigkeitspegels hat die Form einer langgestreckten zylindrischen Patrone und ist in vertikaler Orientierung mit nicht gezeigten Klammern oder dergleichen außen an dem Gehäuse 12 gehalten. A submersible pump 10, of which only the parts of interest here are shown in the drawing, has a housing 12 which essentially has the shape of an upright cylinder and is provided at the lower end with inlet openings 14 for the liquid to be pumped out. A sensor device 16 for detecting the liquid level has the shape of an elongated cylindrical cartridge and is held in a vertical orientation with clamps or the like (not shown) on the outside of the housing 12.
Die Sensoreinrichtung 16 weist ein zylindrisches Führungsrohr 18 aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyethylen auf, das mit Abstand von einem koaxialen, gleichfalls aus Polyethylen bestehenden Schutzrohr 20 umgeben ist. In einem Ringraum 22 zwischen dem Führungsrohr 18 und dem Schutzrohr 20 sind in unterschiedlichen Höhen eine untere Induktionsspule 24 und eine obere Induktionsspule 26 angeordnet. Die Spulenwicklungen sind jeweils unmittelbar auf das Führungsrohr 18 gewickelt und dadurch in ihrer Position fixiert.The sensor device 16 has a cylindrical guide tube 18 made of plastic, for example polyethylene, which is surrounded at a distance by a coaxial protective tube 20 also made of polyethylene. In an annular space 22 between the guide tube 18 and the protective tube 20, a lower induction coil 24 and an upper induction coil 26 are arranged at different heights. The coil windings are each wound directly onto the guide tube 18 and are thereby fixed in their position.
Jede Induktionsspule weist zwei elektrische Zuleitungen 28 auf, die durch ein oben aus der Sensoreinrichtung 16 austretendes Kabel 30 zu einer im Pumpengehäuse untergebrachten elektronischen Steuerschaltung 32 führen.Each induction coil has two electrical supply lines 28, which lead through a cable 30 exiting from the top of the sensor device 16 to an electronic control circuit 32 housed in the pump housing.
Ein Schwimmer 34 ist mit geringem radialem Spiel in dem Führungsrohr 18 geführt. Der Schwimmer 34 wird durch ein topfförmiges, zylindrisches Ziehteil 36 aus Aluminium gebildet, dessen offenes oberes Ende durch eine Kunststoffkappe 38 mit AujSensechskant dicht verschlossen ist.A float 34 is guided in the guide tube 18 with a small radial clearance. The float 34 is formed by a pot-shaped, cylindrical drawn part 36 made of aluminum, the open upper end of which is tightly closed by a plastic cap 38 with an external hexagon.
In das untere Ende des Schutzrohres 20 ist eine Abschlußschraube 40 einge-A closing screw 40 is inserted into the lower end of the protective tube 20.
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schraubt, durch die das untere Ende des Führungsrohres 18 zentriert wird und die zugleich einen unteren Anschlag für den Schwimmer 34 bildet. Eine in der Stirnfläche der Abschluß schraube 40 gebildete öffnung 42 ermöglicht den Eintritt der umgebenden Flüssigkeit in das Innere des Führungsrohres 18.screwed, through which the lower end of the guide tube 18 is centered and which at the same time forms a lower stop for the float 34. An opening 42 formed in the front surface of the end screw 40 enables the surrounding liquid to enter the interior of the guide tube 18.
Das obere Ende des Schutzrohres 20 ist durch einen Stopfen 44 dicht verschlossen. Dieser Stopfen bildet zugleich einen oberen Abschluß und eine Zentrierung für das Führungsrohr 18 sowie eine Lüftungsöffnung 46 zum Be- und Entlüften des Inneren des Führungsrohres 18. Der das Schutzrohr 18 abschließende untere Teil des Stopfens 44 ist flexibel mit dem das Schutzrohr 20 abschließenden oberen Teil verbunden und weist einen radial abstehenden, die Lüftungsöffnung 46 bildenden Stutzen auf, der in eine entsprechende seitliche Bohrung des Schutzrohres 20 eingreift. Beim Einstecken des Stopfens 44 in das Schutzrohr 20 kann der untere Teil des Stopfens zunächst elastisch ausweichen, bis der Stutzen in der Bohrung des Schutzrohres einrastet. Der Stopfen 44 bildet außerdem eine Durchführung für das Kabel 30 und die in den Ringraum 22 führenden Zuleitungen 28. Die Kabeldurchführung ist mit einer Druckschraube 48 abgedichtet.The upper end of the protective tube 20 is sealed by a plug 44. This plug simultaneously forms an upper closure and a centering for the guide tube 18 as well as a ventilation opening 46 for ventilating and de-aerating the interior of the guide tube 18. The lower part of the plug 44 closing the protective tube 18 is flexibly connected to the upper part closing the protective tube 20 and has a radially protruding nozzle forming the ventilation opening 46, which engages in a corresponding lateral hole in the protective tube 20. When the plug 44 is inserted into the protective tube 20, the lower part of the plug can initially give way elastically until the nozzle snaps into the hole in the protective tube. The plug 44 also forms a feedthrough for the cable 30 and the supply lines 28 leading into the annular space 22. The cable feedthrough is sealed with a pressure screw 48.
Die Sensoreinrichtung 16 mit dem oben beschriebenen Aufbau besteht aus relativ wenigen, kostengünstig herstellbaren Teilen und läßt sich mit wenigen Handgriffen zusammenbauen.The sensor device 16 with the structure described above consists of relatively few parts that can be manufactured inexpensively and can be assembled in just a few steps.
Die Steuerschaltung 32 steuert die Ein- und Ausschaltvorgänge der Tauchpumpe 10 und liefert außerdem über die elektrischen Zuleitungen 28 Wechselstromsignale an jede der Induktionsspulen 24, 26.The control circuit 32 controls the switching on and off of the submersible pump 10 and also supplies alternating current signals to each of the induction coils 24, 26 via the electrical supply lines 28.
Wenn der Flüssigkeitspegel außerhalb der Tauchpumpe 10 ansteigt, so dringt die Flüssigkeit durch die öffnung 42 in das Führungsrohr 18 ein, und nach dem Prinzip kommunizierender Röhren stellt sich dort derselbe Flüssigkeitspegel wie im Außenraum ein. Der Schwimmer 34 treibt auf und bewegt sich mit steigendem Flüssigkeitspegel weiter nach oben. Wenn der Schwimmer die Höhe der oberen Induktionsspule 26 erreicht, wie in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist, so werden in dem elektrisch leitenden Ziehteil 36 Induktionsströme induziert, und die Induktionsspule 26 wird bedämpft. Die daraus resultierende Änderung des Wechselstromsignals wird von der Steuer-When the liquid level outside the submersible pump 10 rises, the liquid penetrates through the opening 42 into the guide tube 18 and, according to the principle of communicating tubes, the same liquid level is established there as in the outside space. The float 34 floats and moves further upwards as the liquid level rises. When the float reaches the height of the upper induction coil 26, as indicated by dashed lines in the drawing, induction currents are induced in the electrically conductive drawing part 36 and the induction coil 26 is dampened. The resulting change in the alternating current signal is controlled by the
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schaltung 32 erfaßt und löst die Einschaltung der Pumpe aus.circuit 32 detects and triggers the switching on of the pump.
Im Normalfall, wenn die Förderleistung der Pumpe größer ist als der Zulauf der Flüssigkeit, nimmt dann der Flüssigkeitspegel wieder ab. Sobald der Schwimmer 34 wieder die untere Position in Höhe der Induktionsspule 24 erreicht, wird von der Steuerschaltung 32 die Impedanzänderung dieser Induktionsspule 24 erfaßt, und daraufhin wird die Pumpe wieder abgeschaltet. Dieser Vorgang kann sich zyklisch wiederholen.Normally, when the pump output is greater than the liquid flow, the liquid level drops again. As soon as the float 34 reaches the lower position at the level of the induction coil 24, the control circuit 32 detects the change in impedance of this induction coil 24 and the pump is then switched off again. This process can be repeated cyclically.
Falls die Förderleistung der Pumpe nicht ausreicht und deshalb der Flüssigkeitspegel über das Niveau der Induktionsspule 26 ansteigt, wird dies durch eine nicht gezeigte Alarmelektrode erfaßt, und es wird ein entsprechendes Alarmsignal erzeugt.If the pump capacity is insufficient and the liquid level therefore rises above the level of the induction coil 26, this is detected by an alarm electrode (not shown) and a corresponding alarm signal is generated.
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Cited By (2)
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1997
- 1997-10-23 DE DE29718813U patent/DE29718813U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19990401 |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20010126 |
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| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20031201 |
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| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20060503 |