AT509300A1

AT509300A1 - PUMP WITH POWER SUPPLY

Info

Publication number: AT509300A1
Application number: AT0136809A
Authority: AT
Original assignee: Hagleitner Hans Georg
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-07-15
Also published as: EP2290240A3; EP2290240A2; US20110052420A1

Abstract

Pumpe (1) zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, mit einem Gleichstrommotor (6) und einem Netzteil (2) zur Gleichrichtung und/oder Wandlung der am Netzteil (2) anliegenden Wechselspannung bzw. Gleichspannung, wobei das Netzteil (2) einen geschlossenen Regelkreis (11) zur Regelung einer Regelgröße (y) der Pumpe (1) aufweist.Pump (1) for conveying liquids, in particular water, with a DC motor (6) and a power supply (2) for rectification and / or conversion of the power supply (2) applied AC voltage or DC voltage, wherein the power supply (2) has a closed Control circuit (11) for controlling a controlled variable (y) of the pump (1).

Description

• I · φ Φ ·· φ · · * • · · φ φ · ·Φ· · · φ• I · φ Φ ·· φ · · · · · · φ φ · · Φ · · · φ

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Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, mit einem Gleichstrommotor und einem Netzteil zur Gleichrichtung und/oder Wandlung der am Netzteil anliegenden Wechselspannung bzw. Gleichspannung.The invention relates to a pump for conveying liquids, in particular water, with a DC motor and a power supply for rectification and / or conversion of the AC voltage or DC voltage applied to the power supply.

Neben der Verwendung von Pumpen die einen Wechselstrommotor aufweisen, sind vor allem für kleinere Pumpen, die nur eine geringe Förderleistung aufweisen müssen, häufig Gleichstrommotoren in Verwendung.In addition to the use of pumps which have an AC motor, especially for smaller pumps, which must have only a low flow rate, often DC motors in use.

Dabei weisen die im Stand der Technik verwendeten Pumpen mit Gleichstrommotor ein externes Netzteil auf, das die am Netzteil anliegende Wechselspannung gleichrichtet und je nach Dimensionierung des Netzteils die Spannung heruntertransformiert, also abwärtswandelt. Dabei ist allerdings die Ausgangsspannung des Netzteils konstant, sodass auf eine etwaige Drehzahländerung des Pumpenmotors, beispielsweise hervorgerufen durch eine Änderung der Viskosität der zu pumpenden Flüssigkeit oder durch die Abnützung der Pumpe oder andere lastabhängige Faktoren, nicht oder nur kompliziert und umständlich reagiert werden kann.In this case, the pumps with DC motor used in the prior art, an external power supply, which rectifies the AC voltage applied to the power supply and depending on the dimensions of the power supply voltage down-transforms, so down converts. In this case, however, the output voltage of the power supply is constant, so that a possible change in speed of the pump motor, for example, caused by a change in the viscosity of the liquid to be pumped or by the wear of the pump or other load-dependent factors, can not or only complicated and cumbersome.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe mit Gleichstrommotor anzugeben, die die obigen Nachteile vermeidet und es in einfacher Weise erlaubt, die Drehzahl des Pumpenmotors bzw. die Förderleistung der Pumpe auch bei etwaigen Belastungsänderungen im Wesentlichen konstant zu halten oder diese nach einem vorgegebenen Profil verlaufen zu lassen.The invention has for its object to provide a pump with DC motor, which avoids the above disadvantages and it allows in a simple manner to keep the speed of the pump motor or the flow rate of the pump substantially constant even with any load changes or this according to a predetermined profile to let go.

Dies wird bei der erfindungsgemäßen Pumpe dadurch erreicht, dass das Netzteil einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung einer Regelgröße der Pumpe aufweist.This is achieved in the pump according to the invention characterized in that the power supply has a closed loop for controlling a controlled variable of the pump.

Durch diese Regelung ist es möglich die Regelgröße auf einen durch eine Führungsgröße vorgegebenen Wert zu bringen, wobei die Führungsgröße in diesem Fall beispielsweise durch die Förderleistung der Pumpe gegeben ist, und die Regelgröße auch bei Störeinflüssen auf diesem Wert zu halten. Ebenso ist es möglich die Regelung derart auszubilden, dass die Regelgröße einem vorgegebenen Verlauf folgt. Im geschlossenen Regelkreis wird durch die Variation von Stellgrößen auf Änderungen der Regelgrößen, wie sie von den sogenannten Störgrößen verursacht werden, reagiert und dabei die Regelgröße derart geregelt, dass der entsprechende gewünschte Verlauf der Regelgröße erreicht wird. Im Gegensatz dazu gibt es bei einer einfachen Steuerung der Pumpe ohne Regelung keine »3909 35/rl • I « * · * Φ · · I I I * I I ··· φ Φ Φ Φ • Φ φ · φ Φ « * Φ ··· • · I »· «· · * · * * φ Φ ·« « φ »» ·ι 2 derartige Rückkopplung durch die Berücksichtigung des Ist-Wertes der Regelgröße. Die Führungsgröße selbst kann dabei von einem externen Gerät generiert werden oder auch direkt, beispielsweise an der Pumpe, eingestellt werden.By this regulation, it is possible to bring the controlled variable to a predetermined value by a reference variable, the reference variable is given in this case, for example, by the flow rate of the pump, and to keep the controlled variable even with disturbing influences on this value. It is also possible to form the control such that the controlled variable follows a predetermined course. In the closed loop is the variation of manipulated variables to changes in the controlled variables, as they are caused by the so-called disturbances, responding and controlled the controlled variable such that the corresponding desired course of the controlled variable is achieved. In contrast, with a simple control of the pump without control, there is no »3909 35 / rl • I« * · * Φ · III · II ··· φ Φ Φ Φ • Φ φ · φ Φ «* Φ ··· Such a feedback by taking into account the actual value of the control variable. The reference variable itself can be generated by an external device or directly, for example, be set on the pump.

Derartige Pumpen mit Netzteil und geschlossenem Regelkreis können besonders bevorzugt in der Dosiertechnik verwendet werden, wobei durch den geschlossenen Regelkreis die Regelgröße auf einem durch die Führungsgröße, also beispielsweise durch die Förderleistung, vorgegebenem Wert gehalten werden kann. Spezifische Anwendungsmöglichkeiten für erfindungsgemäße Pumpen ergeben sich dabei beispielsweise im Maushalt wo Waschmaschinen aber auch Küchengeräte wie Geschirrspüler, Haubenmaschinen oder Bandmaschinen mit derartigen Pumpen versehen werden können. Auch in der Sanitärtechnik wie beispielsweise bei Schwimmbädern oder in Saunen sowie bei Wasseraufbereitungsanlagen können erfindungsgemäße Pumpen nutzbringend eingesetzt werden.Such pumps with power supply and closed loop can be used particularly preferably in the metering, with the closed loop the controlled variable can be kept at a predetermined by the reference variable, so for example by the delivery rate. Specific applications for pumps according to the invention arise, for example, in the mouse where washing machines but also kitchen appliances such as dishwashers, hood machines or tape machines can be provided with such pumps. Also in sanitary technology such as swimming pools or saunas and water treatment plants pumps according to the invention can be used beneficially.

Dabei sind die elektronischen Bauteile zur Gleichrichtung und Abwärtswandlung der am Netzteil anliegenden Wechselspannung, d.h. zur Transformation der am Netzteil anliegenden Wechselspannung auf einen niedrigeren Wert an sich im Stand der Technik bereits bekannt, beispielsweise in Form eines Schaltnetzteiles, welches auch als SMPS (Switching Mode Power Supply) bekannt ist. Statt der Abwärtswandlung der am Netzteil anliegenden Wechselspannung kann es in Verbindung mit Hochspannungsgleichstrommotoren auch vorgesehen sein, das Netzteil mit elektronischen Bauteilen zu versehen, die eine Aufwärtswandlung der am Netzteil anliegenden Wechselspannung, d.h. eine Transformation der am Netzteil anliegenden Wechselspannung auf einen höheren Wert durchführen. Auch eine Kombination aus Abwärts- und Aufwärtswandler kann verwendet werden. Derartige Wandler sind beispielsweise in Form der sogenannten Buch Boost Converter bereits im Stand der Technik bekannt.In this case, the electronic components for rectification and conversion of the voltage applied to the power supply AC voltage, i. for the transformation of the voltage applied to the power supply AC voltage to a lower value per se in the prior art already known, for example in the form of a switching power supply, which is also known as SMPS (Switching Mode Power Supply). Instead of down-converting the AC voltage applied to the power supply, it may also be contemplated, in conjunction with high voltage DC motors, to provide the power supply with electronic components capable of up-converting the AC voltage applied to the power supply, i. transform the AC voltage applied to the power supply to a higher value. A combination of down and up converters can also be used. Such converters are already known in the art, for example in the form of the so-called book boost converters.

Besonders für den Fall, dass die erfindungsgemäße Pumpe nicht am öffentlichen Stromnetz sondern an einer externen Stromquelle bzw. Spannungsquelle betrieben wird, kann es auch vorgesehen sein, dass das Netzteil keine Gleichrichtung von Wechselspannung durchführt, sondern lediglich die Abwärts- und/oder Aufwärtswandlung der am Netzteil anliegenden Gleichspannung durchführt.Especially in the event that the pump according to the invention is not operated on the public power grid but on an external power source or voltage source, it can also be provided that the power supply performs no rectification of AC voltage, but only the downward and / or upward conversion of the Power supply applied DC voltage.

In einem geschlossenen Regelkreis liefert eine Führungsgröße, einen Sollwert einer zu regelnden Größe, der sogenannten Regelgröße. Die Regelgröße soll dann dem * ·« I » «· ♦ ·· · * ·· · I I ·· · · · · * «* ·* * # ·« « · * · l a *» 4 * t · · t 3 vorgegebenen Verlauf der Führungsgröße folgen. Zumeist ist die Führungsgröße aber nur ein einfacher (konstanter) Wert auf dem die Regelgröße auch unter Einfluss von Störfaktoren gehalten werden soll.In a closed loop provides a command variable, a target value of a variable to be controlled, the so-called controlled variable. The controlled variable should then be * follow the predetermined course of the reference variable. In most cases, however, the reference variable is only a simple (constant) value at which the controlled variable should also be kept under the influence of disturbing factors.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert bzw. werden im Folgenden näher erläutert.Further advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims and will be explained in more detail below.

Neben den seit langer Zeit bekannten Gleichstrommotoren mit mechanischen Stromwendern, die auch als Kollektoren oder Kommutatoren bekannt sind und bei denen Bürsten aus Kohle oder Graphit am Umfang des Stromwenders zur Zuleitung des Stroms gleiten können, sind in letzter Zeit auch bürstenlose Gleichstrommotoren (Brushless DC Motoren) bekannt. Als nachteilig hat sich bei diesen Motoren herausgestellt, dass die Kommutation elektronisch erfolgt und daher die Drehzahl eines derartigen bürstenlosen Motors ähnlich wie die Drehzahl eines Wechselstrommotors über die Frequenz regelbar ist, wo zu diesem Zweck ein Frequenzumrichter verwendet werden muss. Eine derartige Regelung ist aber um ein Vielfaches aufwändiger als jene für einen Gleichstrommotor mit mechanischem Stromwender, wo die Drehzahl des Motors direkt proportional zur am Anker des Motors anliegenden Gleichspannung ist.In addition to the known for a long time DC motors with mechanical current reversers, which are also known as collectors or commutators and in which brushes made of carbon or graphite on the circumference of the commutator can slide to the supply of electricity, are brushless DC motors (Brushless DC motors) lately known. A disadvantage has been found in these motors that the commutation is electronic and therefore the speed of such a brushless motor similar to the speed of an AC motor is adjustable over the frequency, where for this purpose a frequency converter must be used. However, such a scheme is much more complex than that for a DC motor with mechanical commutator, where the speed of the motor is directly proportional to the applied voltage at the armature of the motor.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, in der Pumpe einen Gleichstrommotor zu verwenden, der einen mechanischen Stromwender aufweist. Da in diesem Fall die Drehzahl des Motors direkt proportional zur am Anker des Motors anliegenden Gleichspannung ist, ist die Regelung insbesondere von drehzahlabhängigen Kenngrößen besonders leicht realisierbar und komplizierte elektronische Schaltaufbauten, die immer auch defektanfällig sind, können vermieden werden.In a particularly preferred embodiment of the invention is therefore intended to use in the pump, a DC motor having a mechanical commutator. Since in this case the speed of the motor is directly proportional to the DC voltage applied to the armature of the motor, the control of speed-dependent characteristics is particularly easy to implement and complicated electronic switching structures, which are always susceptible to defects, can be avoided.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt dabei die Förderleistung der Pumpe die Regelgröße dar. Durch den geschlossenen Regelkreis soll dann die Förderleistung im Wesentlichen konstant gehalten werden. Dabei kann die Förderleistung der Pumpe mit einem Durchflusssensor gemessen werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Regelgröße durch die Drehzahl des Motors gegeben, welche beispielsweise mittels eines Tachogenerators oder eines Encoders direkt an der Motorachse gemessen werden kann. Weitere mögliche Regelgrößen sind die im Motor induzierte elektromotorische Kraft, die Gegen-EMK (Gegeninduktionsspannung) oder aber die Stromaufnahme des Motors, welche über einen sogenannten Shunt-Widerstand im * ft « * 4In a preferred embodiment of the invention, the delivery rate of the pump is the control variable. The delivery rate should then be kept essentially constant due to the closed control loop. The flow rate of the pump can be measured with a flow sensor. In another embodiment of the invention, the controlled variable is given by the speed of the motor, which can be measured for example by means of a tachogenerator or an encoder directly to the motor axis. Further possible controlled variables are the electromotive force induced in the motor, the back EMF (mutual induction voltage) or the current consumption of the motor, which is controlled by a so-called shunt resistor in the *

Stromkreis des Motors gemessen werden kann. Auch eine Kombination von mehreren dieser Messgrößen ist als Regelgröße vorstellbar. Die Regelgröße selbst wird dabei vorzugsweise fortlaufend gemessen und in einem Regler mit der Führungsgröße verglichen. Durch diese Rückführung des Ist-Wertes der Regelgröße wird eine negative Rückkopplung induziert, die das Verhalten des Regelkreises beeinflusst.Circuit of the motor can be measured. A combination of several of these parameters is conceivable as a controlled variable. The control variable itself is preferably continuously measured and compared in a controller with the reference variable. This feedback of the actual value of the controlled variable induces a negative feedback which influences the behavior of the control loop.

Wird nämlich vom Regler eine Abweichung zwischen der Führungsgröße und der Regelgröße festgestellt, weicht also beispielsweise aufgrund von Änderungen des Förderdrucks die gemessene Förderleistung von der Soll-Förderleistung ab, wird mittels eines Stellglieds eine Stellgröße des Regelkreises derart verändert, sodass die Regelgröße wieder den Wert der Führungsgröße einnimmt Diese Art der Regelung wird durch eine negative Rückkopplung (Gegenkopplung) erreicht, sodass der Regelkreis stabilisiert wird.Namely, if the controller detects a deviation between the reference variable and the control variable, ie deviates, for example, due to changes in the delivery pressure, the measured flow rate of the desired flow rate, by means of an actuator manipulated variable of the control loop is changed so that the controlled variable again the value of Reference variable This type of control is achieved by a negative feedback (negative feedback), so that the control loop is stabilized.

Im Fall der vorliegenden Erfindung kann es besonders vorteilhaft sein, als Stellgröße die analoge Spannung an der Ausgangsseite des Netzteils zu verwenden, da die Drehzahl des Gleichstrommotors mit mechanischem Stromwender direkt proportional zu dieser Spannung ist, falls diese als Eingangsspannung am Motor anliegt und von den Bürsten an den Stromwender übertragen wird. Beispielsweise können eine Gleichspannung von 0 Volt bis 5 Volt einer Förderleistung einer Pumpe von 0 Liter pro Stunde bis 8 Liter pro Stunde entsprechen. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die Stellgröße durch ein pulsweitenmoduliertes Signal, einen Widerstandswert oder ein digitales Signal realisiert. Das pulsweitenmodulierte Signal kann beispielsweise zwischen einer Gleichspannung von 0 Volt und 5 Volt wechseln und dabei ein variables Pulsverhältnis von 0% bis 100% aufweisen, das seinerseits wiederum einer Förderleistung einer Pumpe von 0 Liter pro Stunde bis 8 Liter pro Stunde entsprechen kann. Auch eine Kombination von mehreren der oben erwähnten Stellgrößen als Stellgröße des erfindungsgemäßen Regelkreises ist möglich.In the case of the present invention, it may be particularly advantageous to use the analog voltage at the output side of the power supply as a manipulated variable, since the speed of the mechanical commutator is directly proportional to this voltage, if applied as input voltage to the motor and brushes is transmitted to the commutator. For example, a DC voltage of 0 volts to 5 volts may correspond to a pump delivery rate of 0 liters per hour to 8 liters per hour. In other embodiments of the invention, the manipulated variable is realized by a pulse width modulated signal, a resistance value or a digital signal. The pulse width modulated signal, for example, between a DC voltage of 0 volts and 5 volts change and thereby have a variable pulse ratio of 0% to 100%, which in turn can correspond to a flow rate of a pump from 0 liters per hour to 8 liters per hour. A combination of several of the above-mentioned manipulated variables as a manipulated variable of the control loop according to the invention is possible.

Wesentlich ist, dass ein Verändern der Stellgröße eine Veränderung der Regelgröße in der Regelstrecke bewirkt, also beispielsweise der Drehzahl des Motors bzw. der Förderleistung der Pumpe. Dabei kann der durch die Dimensionierung und Ausgestaltung der Regelstrecke, also der entsprechenden Bauteile der Pumpe gegebene Zusammenhang zwischen Stellgröße und Regelgröße, mit anderen Worten der Einfluss der Stellgröße auf die Regelgröße bzw. der Effekt der negativen Rückkopplung bekannt oder modellierbar sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Systemidentifikation teilweise oder ausschließlich über die Verwendung von Messwerten des Eingangs- und Ausgangsverhaltens der Pumpe durchzuführen. I I I *« I f · ( f · • * I · · « I I « * * * * • ·· t I ·· · t · * t 5It is essential that a change in the manipulated variable causes a change in the controlled variable in the controlled system, that is, for example, the rotational speed of the motor or the delivery rate of the pump. In this case, the relationship between manipulated variable and controlled variable, given by the dimensioning and design of the controlled system, so the corresponding components of the pump, in other words, the influence of the manipulated variable on the controlled variable or the effect of negative feedback may be known or modeled. However, it can also be provided to carry out the system identification partly or exclusively by using measured values of the input and output behavior of the pump. I I * I f · (f · * * I · · «I I« * * * * • · · t I ·· · t · * t 5

Beim Gebrauch einer erfindungsgemäßen Pumpe gibt es verschiedene Einflussfaktoren, die den Betrieb der Pumpe beeinflussen und dabei auf die Regelgröße störenden Einfluss haben und daher als Störgrößen in den Regelkreis eingehen. Diese Störgrößen bewirken eine Veränderung der Regelgröße, sodass diese nicht mehr mit der Führungsgröße übereinstimmt bzw. nicht mehr den gewünschten Wert aufweist. Dabei können eine oder mehrere dieser Einflussfaktoren mathematisch oder physikalisch modellierbar sein. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Störgröße des geschlossenen Regelkreises durch eine lastabhängige Drehzahländerung gegeben. Derartige lastabhängige Drehzahländerungen können verschiedene Ursachen haben, die sich beispielsweise aus der Viskosität der zu pumpenden Flüssigkeit, der Abnützung der Pumpe oder weiterer Erscheinungen, die den Förderdruck beeinflussen, ergeben können. Für den in der erfindungsgemäßen Pumpe verwendeten Gleichstrommotor mit mechanischem Stromwender stehen verschiedenste Ausführungsformen zur Verfügung. Wesentlich dabei ist, dass ein möglichst einfacher Zusammenhang zwischen der Regelgröße, also beispielsweise der Drehzahl des Motors und der Stellgröße, also beispielsweise der Ausgangsspannung des Netzteils gegeben ist. Mögliche Ausführungsbeispiele sehen einen Reihenschlussmotor oder Nebenschlussmotor oder einen sogenannten Doppelschlussmotor (Compound Motor) also eine Mischform von Reihenschluss- und Nebenschlussmotor vor. Es ist aber auch möglich, fremderregte Motoren, wo der Erregerstrom für den Elektromagneten von einer unabhängigen Spannungsquelle geliefert wird, zu verwenden. Sonderformen, wie beispielsweise Scheibenläufermotoren, die ebenfalls mechanische Stromwender aufweisen, sind ebenfalls möglich.When using a pump according to the invention, there are various influencing factors that influence the operation of the pump and thereby have an interfering influence on the control variable and therefore enter into the control loop as disturbance variables. These disturbances cause a change in the controlled variable, so that it no longer coincides with the reference variable and no longer has the desired value. One or more of these influencing factors can be modeled mathematically or physically. In one embodiment of the invention, the disturbance of the closed loop is given by a load-dependent speed change. Such load-dependent speed changes may have different causes, which may result, for example, from the viscosity of the liquid to be pumped, the wear of the pump or other phenomena that affect the delivery pressure. Various embodiments are available for the DC motor with mechanical commutator used in the pump according to the invention. It is essential that the simplest possible relationship between the controlled variable, so for example, the speed of the motor and the manipulated variable, so for example, the output voltage of the power supply is given. Possible embodiments provide a series-wound motor or shunt motor or a so-called double-cut motor (compound motor) so a hybrid form of series and shunt motor. However, it is also possible to use external excited motors where the exciting current for the electromagnet is supplied by an independent power source. Special forms, such as pancake motors, which also have mechanical commutators, are also possible.

Motoren, die Permanentmagnete statt Elektromagnete verwenden, zählen dabei zu den fremderregten Motoren. Sonderformen von Gleichstrommotoren mit mechanischem Stromwender, wie beispielsweise ein Scheibenläufermotor sind ebenfalls möglich.Engines that use permanent magnets instead of electromagnets are among the externally excited motors. Special forms of DC motors with mechanical commutator, such as a pancake motor are also possible.

Das Netzteil der Pumpe hat die Aufgabe, die vom öffentlichen Netz gelieferte Wechselspannung einerseits gleichzurichten und andererseits auf einen niedrigeren oder einen höheren Wert zu transformieren, also abwärts oder aufwärts zu wandeln. Beim Betrieb mit Gleichstrom kann auf die Gleichrichtung verzichtet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst dieses Netzteil eine Drossel, die als Transformator ausgebildet ist und auch als Drosseltransformator (Speicherdrossel) bekannt ist. Die Drossel weist eine Spule auf, die als Luftspule oder als Spule mit einem Ferrit- oder Eisenkern • · · « * ·· » · * * • f · ·»···» «I · « • · » · ♦ · « · **· • * * «« «· « » · · 6 ausgebildet sein kann. Das Verhältnis der Eingangs- und Ausgangsspannung wird in erster Linie durch die Schaltung und die Ansteuerung (Taktung) der Drossel bestimmt.The power supply of the pump has the task to rectify the AC voltage supplied by the public network on the one hand and on the other hand to transform to a lower or a higher value, ie to convert down or up. When operating with DC can be dispensed with the rectification. In a preferred embodiment of the invention, this power supply comprises a choke, which is designed as a transformer and is also known as a choke transformer (storage choke). The inductor has a coil which can be used as an air coil or as a coil with a ferrite or iron core. May be formed. The ratio of the input and output voltage is determined primarily by the circuit and the drive (timing) of the throttle.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Netzteil der Pumpe einen HF-Transformator (RS-Transformator), wobei dieser HF-Transformator eine Drosselspule mit Primär- und Sekundärwicklungen aufweist, die über einen Ferritkern oder einen Eisenkern gekoppelt sind, wobei der Ferrit- oder Eisenkern vollständig geschlossen sein kann oder einen Luftspalt aufweisen kann. Das Verhältnis der durch das Kernmaterial und die jeweilige Wicklungszahl gegebenen Induktivitäten bestimmt zu einem großen Teil das Verhältnis von Eingangs- und Ausgangsspannung am Transformator, zusätzlich kann die Ausgangsspannung noch über die Taktung der Primärspule angepasst werden.In a further embodiment of the invention, the power supply of the pump comprises an RF transformer (RS transformer), said RF transformer having a choke coil with primary and secondary windings coupled via a ferrite core or an iron core, wherein the ferrite or Iron core may be completely closed or may have an air gap. The ratio of the inductances given by the core material and the respective number of turns largely determines the ratio of input and output voltage at the transformer; in addition, the output voltage can still be adjusted via the timing of the primary coil.

Derartige Transformatoren sind an sich für den Betrieb von leistungsarmen elektronischen Schaltungen beispielsweise bei Schaltnetzteilen (SMPS) bekannt. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, dass die Reduktion der Spannung von einem sogenannten Abwärtswandler (Buck Converter) durchgeführt wird. Derartige elektronische Bauteile für transformatorlose Netzteile sowie Abwärtswandler sind an sich bereits bekannt. Für die Erhöhung der Spannung bieten sich Aufwärtswandler an, wobei es auch vorgesehen sein kann, Wandler zu verwenden, die eine Kombination aus Abwärts- und Aufwärtswandler darstellen und im Handel unter den Bezeichnungen Konverter oder spezieller Buck Boost Converter bekannt sind.Such transformers are known per se for the operation of low-power electronic circuits, for example in switching power supplies (SMPS). It may be particularly advantageous that the reduction of the voltage by a so-called buck converter (Buck Converter) is performed. Such electronic components for transformerless power supplies and buck converters are already known per se. Upconverters are suitable for increasing the voltage, and it may also be intended to use transducers which are a combination of buck and boost converters and are known commercially under the designations converter or special Buck Boost Converter.

Besonders für den Einsatz in kleinen Pumpen, wie sie beispielsweise in Aquarien verwendet werden, umfasst das Netzteil in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Regeleinheit sowie zusätzlich oder alternativ die Steuereinheit, die den Motor der Pumpe letztendlich ansteuert. Die Regeleinheit umfasst dabei einen Regler zum Vergleich der Führungsgröße und der Regelgröße sowie ein Stellglied zum vorzugsweise selbsttätigen Einstellen der Stellgröße.Especially for use in small pumps, as used for example in aquariums, the power supply in a preferred embodiment of the invention, the control unit and additionally or alternatively, the control unit, which ultimately drives the motor of the pump. The control unit includes a controller for comparing the reference variable and the control variable and an actuator for preferably automatic setting of the manipulated variable.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit im Regler bzw. in der Regeleinheit angeordnet ist.It can also be provided that the control unit is arranged in the controller or in the control unit.

Ein oben erwähntes Netzteil, das die Regeleinheit und/oder die Steuereinheit umfasst, erweist sich für eine erfindungsgemäße Pumpe besonders vorteilhaft, weil das Netzteil und dadurch auch die Pumpe platzsparend ausgeführt werden kann. Besonders bevorzugt ist es, ein derartiges Netzteil im Pumpengehäuse unterzubringen, wodurch keine externen Geräte • I « * * · * I * * * • ι » I ι ι ·*· · * · · • *· ·· · ι · * * * • «· »« * · * » · 7 bis auf die Stromzufuhr mehr nötig sind. Dabei kann es vorgesehen sein, dass dieses Netzteil direkt im Pumpenkopf integriert wird. Die Pumpenart selbst ist dabei irrelevant. Die Erfindung betrifft alfe möglichen Arten von Pumpen, wie beispielsweise Schiauchquetschpumpen, Membranpumpen, Exzenterpumpen usw.An above-mentioned power supply, which includes the control unit and / or the control unit, proves to be particularly advantageous for a pump according to the invention, because the power supply and thereby also the pump can be designed to save space. It is particularly preferred to accommodate such a power supply in the pump housing, whereby no external devices. * • «« »« * · * »· 7 until the power supply is longer. It may be provided that this power supply is integrated directly in the pump head. The pump type itself is irrelevant. The invention relates to alfe possible types of pumps, such as Schiauchquetschpumpen, diaphragm pumps, eccentric pumps, etc.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Förderleistung der Pumpe als internes oder externes Signal als Führungsgröße, die auf einem konstanten Wert gehalten werden soll, vorgegeben. Durch den erfindungsgemäßen geschlossenen Regelkreis wird diese Aufrechterhaltung der Förderleistung ermöglicht, da durch die Regelung Änderung des Förderdrucks und der Viskosität ausgleichbar sind. Zu diesem Zweck ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Pumpe eine Vorrichtung zur Einstellung einer gewünschten Förderleistung umfasst. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Pumpe eine Schnittstelle aufweist, wodurch eine gewünschte Förderleistung von einer gesonderten Vorrichtung übermittelbar ist. Es kann beispielsweise ein Computer bzw. eine Prozessoreinheit an dieser Schnittstelle anschließbar sein, wobei dieser Computer bzw. diese Prozessoreinheit Daten über die Schnittstelle an die Steuer- bzw. Regeleinheit übermittelt.In one embodiment of the invention, the delivery rate of the pump is specified as an internal or external signal as a reference variable, which is to be kept at a constant value. By the closed loop according to the invention, this maintenance of the delivery rate is made possible, as can be compensated by the control change in the delivery pressure and the viscosity. For this purpose, it is provided in one embodiment of the invention that the pump comprises a device for setting a desired delivery rate. But it can also be provided that the pump has an interface, whereby a desired delivery rate of a separate device can be transmitted. For example, a computer or a processor unit can be connected to this interface, wherein this computer or this processor unit transmits data via the interface to the control unit.

Die Erfindung betrifft weiters eine Pumpenanlage, die eine Mehrzahl von Pumpen aufweist, wobei diese Pumpen, wie oben angeführt, einen Gleichstrommotor mit mechanischen Stromwendern aufweisen sowie ein Netzteil zur Gleichrichtung und/oder Transformation der am Netzteil anliegenden Wechselspannung bzw. Gleichspannung und einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung einer Regelgröße der Pumpe aufweisen. Eine derartige Pumpenanlage, die beispielsweise als Dosieranlage in der Dosiertechnik verwendbar ist, hat den Vorteil, dass jede Pumpe ihr eigenes Netzteil hat, sodass sich die Pumpen nicht gegenseitig beeinflussen können.The invention further relates to a pump system having a plurality of pumps, said pumps having, as stated above, a DC motor with mechanical current reversers and a power supply for rectification and / or transformation of the voltage applied to the power supply AC or DC voltage and a closed loop to Have control of a controlled variable of the pump. Such a pump system, which can be used, for example, as a dosing system in the metering technique, has the advantage that each pump has its own power supply, so that the pumps can not influence each other.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpe, wie oben beschrieben, wobei eine gewünschte Förderleistung der Pumpe eingestellt wird und die Regelung der Pumpe derart erfolgt, dass über Variation der Stellgröße des Regelkreises der Pumpe die gewünschte Förderleistung im Wesentlichen aufrecht erhalten wird.The invention further relates to a method for operating a pump, as described above, wherein a desired delivery rate of the pump is adjusted and the control of the pump takes place such that the desired delivery rate is substantially maintained by varying the manipulated variable of the control loop of the pump.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Folgenden näher erläutert. Darin zeigt: 8Further details and advantages of the present invention will be explained in more detail below with reference to the description of the figures with reference to the drawings. It shows: 8

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Pumpe mit in den Pumpenkopf integriertem Netzteil, das eine Regeleinheit umfasst,1 is an exploded view of a pump with integrated into the pump head power supply, comprising a control unit,

Fig. 2 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Netzteils mit Regeleinheit und Steuereinheit sowie angeschlossenem Pumpenmotor und Messvorrichtungen, Fig. 3 ein Diagramm des erfindungsgemäßen geschlossenen Regelkreises.2 shows a schematic structure of a power supply according to the invention with control unit and control unit and connected pump motor and measuring devices, Fig. 3 is a diagram of the closed loop control according to the invention.

Figur 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung die wesentlichen Bauteile einer erfindungsgemäßen Pumpe 1. Der Pumpenmotor 6 ist im Pumpenkopf 14 angeordnet. Ebenfalls im Pumpenkopf 14 integriert äst eine Platine 16, auf der die wesentlichen elektronischen Bauteile, also das Netzteil 2 mit Regeleinheit 4 und Steuereinheit 5 angeordnet sind. Die Pumpe wird durch das Pumpengehäuse 15 abgeschlossen. Weitere für die Erfindung weniger relevante Bauteile oder Details der Pumpe 1 sind hier aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt.FIG. 1 shows in an exploded view the essential components of a pump 1 according to the invention. The pump motor 6 is arranged in the pump head 14. Also integrated in the pump head 14 is a circuit board 16 on which the essential electronic components, that is to say the power supply unit 2 with the control unit 4 and the control unit 5, are arranged. The pump is closed by the pump housing 15. Further less relevant to the invention components or details of the pump 1 are not shown here for reasons of simplicity.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Netzteils 2, das einen Leistungsbereich 3 aufweist, in dem die vom öffentlichen Netz gelieferte Wechselspannung VAC oder eine von einer externen Spannungsquelle gelieferte Gleichspannung an der Eingangsseite des Netzteils 2 anliegt, gegebenenfalls gleichgerichtet und herunter geregelt, also abwärts gewandelt wird. Im vorliegenden Fall wird dazu ein an sich bekanntes transformatorloses elektronisches Bauteil mit einem Abwärtswandler 3 verwendet. Anschließend daran ist eine Regeleinheit 4 angeordnet, die einen Regler 12 sowie ein Stellglied aufweist. Die Regeleinheit 4 ermittelt eine Stellgröße u, die in diesem Fall durch die Ausgangsspannung des Netzteils 2 gegeben ist und über eine Steuereinheit 5 an den Motor 6 der Pumpe 1 abgegeben wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 5 Teil der Regeleinheit 4 ist. Die von der Regeleinheit 4 gelieferte Ausgangsspannung liegt zwischen den Zuleitungen 10 und 10' an der Ausgangsseite des Netzteils 2 an und kann beispielsweise zwischen 0 V und 24 V (Gleichspannung) betragen. Die Pumpe 1 selbst kann durch verschiedenste Faktoren, wie beispielsweise eine lastabhängige Drehzahländerung gestört werden, wobei diese Größen als Störgrößen d in den Regelkreis 11 einfließen. In diesem Fall dient die Drehzahl des Motors 6 als Regelgröße y und wird von einem Tachogenerator 7 oder einem Encoder fortlaufend überwacht, wobei die Werte der Drehzahl von der Zuleitung 8 an die Regeleinheit 4 übermittelt werden. Eine weitere mögliche Regelgröße y wäre die Stromaufnahme des Motors 6, der über einen Shunt-Widerstand 9 im Stromkreis des Motors 6 gemessen wird und über die Zuleitungen 8’ bzw. 8 ebenfalls an die Regeleinheit 4 übermittelt wird. Stellt der Regler 12 einen Unterschied zwischen der Führungsgröße w, also dem Sollwert der Drehzahl und der tatsächlichen gemessenen * * * » * I * * * · * * « · ·»*»*« «·· « * * · «· I · ι * ·* · • ·· «* * » φ I « φ 9Figure 2 shows a schematic representation of the power supply 2, which has a power range 3, in which supplied by the public network AC voltage VAC or supplied from an external voltage source DC voltage applied to the input side of the power supply 2, optionally rectified and down regulated, ie down converted becomes. In the present case, a per se known transformerless electronic component with a down converter 3 is used. Subsequently, a control unit 4 is arranged, which has a controller 12 and an actuator. The control unit 4 determines a manipulated variable u, which is given in this case by the output voltage of the power supply 2 and is delivered via a control unit 5 to the motor 6 of the pump 1. It can also be provided that the control unit 5 is part of the control unit 4. The output voltage supplied by the control unit 4 is applied between the supply lines 10 and 10 'on the output side of the power supply 2 and may for example be between 0 V and 24 V (DC voltage). The pump 1 itself can be disturbed by a variety of factors, such as a load-dependent speed change, these variables are incorporated as disturbances d in the control loop 11. In this case, the speed of the motor 6 serves as a controlled variable y and is continuously monitored by a tachogenerator 7 or an encoder, wherein the values of the rotational speed are transmitted from the supply line 8 to the control unit 4. Another possible controlled variable y would be the current consumption of the motor 6, which is measured via a shunt resistor 9 in the circuit of the motor 6 and is also transmitted via the supply lines 8 'and 8 to the control unit 4. If the controller 12 sets a difference between the reference variable w, ie the setpoint value of the rotational speed and the actual measured * * * »* I * * * * * * * * * * * * * * * *« * * «« · I · Ι * * * · • ·· «* *» φ I «φ 9

Drehzahl fest, wird in der Regelstrecke 13, die ein Stellglied umfasst, die Regelgröße y, also beispielsweise die Drehzahl oder die Stromaufnahme des Motors 6 durch eine Veränderung der Stellgröße u, also in diesem Fall der Ausgangsspannung des Netzteils 2 geregelt. Durch eine derartige Regelung kann die Drehzahl des Motors 6 auf einem konstanten Wert gehalten werden, sodass die Förderleistung der Pumpe 1 ebenfalls im Wesentlichen konstant und unabhängig von äußeren Einflüssen ist, da Änderungen beispielsweise des Förderdrucks und der Viskosität für die bzw. der zu pumpenden Flüssigkeit ausgeglichen werden können.Speed fixed, in the controlled system 13, which includes an actuator, the control variable y, so for example, the speed or current consumption of the motor 6 by a change in the manipulated variable u, so regulated in this case the output voltage of the power supply 2. By such a control, the speed of the motor 6 can be kept at a constant value, so that the capacity of the pump 1 is also substantially constant and independent of external influences, since changes, for example, the delivery pressure and the viscosity for the or the liquid to be pumped can be compensated.

Figur 3 zeigt ein Diagramm des geschlossenen Regelkreises 11 der erfindungsgemäßen Pumpe 1. Die Führungsgröße w wird an die Steuereinheit 5 geliefert, beispielsweise indem sie von einem externen Gerät wie einem Dosiergerät generiert wird. Auch eine manuelle Eingabe, die dann an die Steuereinheit 5 übermittelt wird, ist denkbar. Die Führungsgröße w kann dabei der analoge Spannungswert der Ausgangsspannung des Netzteils 2 oder eines externen Gerätes sein, der einer gewissen Drehzahl des Motors 6 der Pumpe 1 und damit einer gewissen Förderleistung entspricht. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Führungsgröße w eine vorgegebene Förderleistung selbst ist und im Regler 12 eine Umrechung der Führungsgröße w oder der der Regelgröße y stattfindet, sodass ein Vergleich dieser Größen möglich ist. Auch ein pulsweitenmodulierter Wert oder ein digitales Signal als Führungsgröße sind möglich. Die Steuerung, die in diesem Ausführungsbeispiel im Regler 12 angeordnet ist errechnet durch einen Vergleich der Führungsgröße w mit der Stellgröße y eine Regeldifferenz (Regelfehler, Regelabweichung) e. Dabei fließt auch die negative Rückkopplung z, also der Ist-Wert der Regelgröße y mit ein, die über eine Rückleitung im geschlossenen Regelkreis 11 an die Regeleinheit 4 übermittelt wird. Der Regler 12 verarbeitet die Regeldifferenz e und gibt eine aufgrund dieses Ergebnisses eine geänderte Stellgröße u über die Regelstrecke 13, in welcher die Regelgröße y geregelt wird, weiter. In den geschlossenen Regelkreis 11 fließen auch die Störgrößen d ein.FIG. 3 shows a diagram of the closed loop 11 of the pump 1 according to the invention. The reference variable w is supplied to the control unit 5, for example by being generated by an external device such as a dosing device. A manual input, which is then transmitted to the control unit 5, is conceivable. The reference variable w may be the analog voltage value of the output voltage of the power supply 2 or an external device, which corresponds to a certain speed of the motor 6 of the pump 1 and thus a certain capacity. However, it can also be provided that the reference variable w is a predetermined delivery rate itself and in the controller 12, a conversion of the reference variable w or the controlled variable y takes place, so that a comparison of these sizes is possible. A pulse width modulated value or a digital signal as a reference variable are also possible. The controller, which is arranged in this embodiment in the controller 12 calculates by comparing the reference variable w with the manipulated variable y a control difference (control error, control deviation) e. In this case, the negative feedback z, so the actual value of the controlled variable y flows with a, which is transmitted via a return line in the closed loop 11 to the control unit 4. The controller 12 processes the control difference e and, based on this result, transmits a modified manipulated variable u via the controlled system 13, in which the controlled variable y is regulated. In the closed loop 11 also the disturbances d flow.

Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Pumpe sich nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, noch durch diese eingeschränkt werden soll.It goes without saying that the pump according to the invention is not limited to the exemplary embodiments shown, nor should they be limited by them.

Im isbi uiA, ai i r 3t. Augusl 2009In the isbi uiA, ai i r 3t. Augusl 2009

Claims

1. Pump for conveying liquids, in particular water, with a DC motor and a power supply for rectification and / or conversion of the AC voltage or DC voltage applied to the power supply, characterized in that the power supply (2) has a closed loop (1t ) for controlling a controlled variable (y) of the pump (1).

2. Pump according to claim 1, characterized in that the DC motor has a mechanical commutator.

3. Pump according to claim 1 or 2, characterized in that the controlled variable (y) of the pump (1), the rotational speed of the DC motor (6) and / or the current consumption of the DC motor (6) and / or the delivery rate of the pump (1). is.

4. Pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the manipulated variable (u) of the control circuit (1t) of the pump (1) one or more of the elements of the group of an analog voltage, preferably the output voltage of the power supply (2) , a resistance value, a pufsweitenmodulierten signal and a digital signal.

5. Pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the disturbance (d) of the control circuit (11) of the pump (1) a load-dependent speed change of the DC motor (6) and / or a non-linear motor characteristic of the DC motor (6) and / or a non-linear capacity of the pump head (14).

6. Pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the DC motor (6), preferably by means of a permanent magnet, a fringe-excited DC motor or a fringe-excited shunt motor or a series-wound motor or a compound motor or a pancake motor,

7. Pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the power supply (2) is an electronic power supply. 03909 30 / il ♦ · ♦ * • · «« • ♦ • · 2

8. Pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that the power supply (2) has a choke transformer, preferably a storage choke.

9. Pump according to claim 7 or 8, characterized in that the power supply (2) comprises a step-down converter (3).

10. Pump according to one of claims 7 to 9, characterized in that the power supply (2) comprises an up-converter.

11. Pump according to one of claims 1 to 10, characterized in that the power supply (2) comprises a control unit (4) and / or a control unit (3).

12. Pump according to one of claims 1 to 11, characterized in that the power supply (2) in the pump housing, preferably in the pump head, is integrated.

13. A pump according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the pump (1) comprises a device for setting a desired delivery rate, and / or has an interface, whereby a desired delivery rate of a separate device can be transmitted.

14. Pump according to one of claims 1 to 13, characterized in that the control is automatic.

15. Pump system, preferably metering, consisting of a plurality of pumps (1) according to one of claims 1 to 14.

16. A method for operating a pump according to one of claims 1 to 14, characterized in that a desired delivery rate of the pump (1) is adjusted and the control of the pump (1) is such that via variation of the manipulated variable (u) of the control loop (11) the pump (1) the desired flow rate is maintained substantially. Innsbruck, 31st August 2069