Vorrichtung zum Schalten eines Hauptstromkreises

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum

Schalten eines HauptStromkreises zur Stromversorgung eines Stromverbrauchers mit einem Hauptschalter im Haupt- Stromkreis, einer Steuerung für die Betätigung des Hauptschalters, welche dazu eine oder mehrere Steuersignale auswertet, einem an eine Spannungsquelle anschließbaren Netzteil, das der Stromversorgung der Steuerung dient, und mit einem Sensor, dessen Zustand die Betätigung des Hauptschalters beeinflusst.

Eine derartige Vorrichtung wird z. B. für die Stromversorgung einer Tauchpumpe eingesetzt, wie dies in der DE 20 2013 000 051 Ul beschrieben ist. Bei der Entnahme von Wasser aus einer von der Tauchpumpe gespeisten Wasserleitung fällt zunächst der Druck in der Wasserleitung ab. Dies führt zu der Betätigung eines druckbetätigten, im Hauptstromkreis liegenden Schalters, wodurch die

Tauchpumpe in Betrieb gesetzt wird, die daraufhin Wasser in die Wasserleitung fördert. Dies hat zur Folge, dass ein Reedkontakt geschlossen wird, der parallel zu dem zuvor erwähnten Schalter liegt, wodurch die Stromversorgung der Tauchpumpe aufrechterhalten wird, solange der Wasserleitung weiter Wasser entnommen wird.

Die Leistungsaufnahme von Pumpenmotoren ist relativ groß, so dass festgestellt werden konnte, dass übliche Reedkontakte wegen der hohen Ströme zum Verbacken neigen, sich also nicht mehr öffnen, wenn der sie betätigende Magnet durch eine Unterbrechung des Wasserflusses

entfernt wird.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Es ist daher schon vorgesehen worden, den Reedkontakt nicht unmittelbar in die HauptStromleitung zur Stromversorgung der Wasserpumpe zu schalten, sondern vielmehr dort ein Relais (Hauptschalter) vorzusehen, das von einer Steuerung betätigt wird. Der Durchfluss durch die Wasserleitung wird dabei weiterhin mittels eines Reedkontaktes überwacht . Die Steuerung wertet den Zustand des Reedkontaktes (offen, geschlossen) aus. Ist er auf Grund eines Wasserdurchflusses geschlossen, wird ein entsprechendes Signal zur Betätigung des Relais in der HauptStromleitung gegeben. Dieses Relais wird so ausgelegt, dass es die im Hauptstromkreis auftretenden Ströme schadlos verkraftet.

Eine derartige Steuerung zur Versorgung einer Flüssigkeits-Förderpumpe, die Wasser in einen Karbonisierer leitet, ist in der DE 90 17 846 beschrieben.

Solche Steuerungen haben allerdings den Nachteil, dass sie einen hohen Stand-by-Verbrauch aufweisen, da eine ständige Überprüfung des Reedkontaktes oder eines anderen Durchflusssensors notwendig ist.

Um den Stromverbrauch einer Gerätesteuerung im Stand-by- Betrieb zu reduzieren, ist in der DE 10 2007 016 075 AI schon vorgeschlagen worden, durch die manuelle Betätigung eines Schalters die Gerätesteuerung von der Netzspannung zu trennen, wenn sich das Gerät nicht in Betrieb befindet.

Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, bei einer Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 definiert ist, bei der durch den Zustand eines Sensors der Betrieb des Verbrauchers gesteuert wird, so zu gestalten, dass der Stromverbrauch im Stand-by-Betrieb zu Null wird und ohne dass dazu eine manuelle Betätigung notwendig ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Netzteil unter Verwendung eines Nebenschalters an die Spannungsquelle anschließbar ist, dass der Zustand des Sensors den Schaltzustand des Nebenschalters beein- flusst und dass die Steuerung so eingerichtet ist, dass ein Zustand der Vorrichtung, wonach die Steuerung mit Strom aus dem eingeschalteten Netzteil versorgt ist, als ein Steuersignal dient.

Der Sensor erfüllt somit zwei Aufgaben: Zum einen wird durch seine Betätigung das Netzteil an eine Spannungsquelle angeschlossen und damit die Steuerung des Hauptschalters mit Strom versorgt. Zum anderen wird auf Grund der Stromversorgung ein logisches Signal zur Verfügung gestellt, das die Steuerung zur der Betätigung des

Hauptschalters heranzieht.

Bei der Steuerung einer Wasserpumpe ist der Sensor z. B. - wie oben schon beschrieben - ein Reedkontakt, der den Wasserfluss in einer von der Wasserpumpe gespeisten Wasserleitung registriert. Wird die Wasserleitung durch Betätigen eines Wasserhahns geöffnet, wird durch den sich einstellenden Wasserfluss der Reedkontakt geschlossen. Dies bewirkt, dass sowohl die Stromversorgung für die Steuerung des Hauptschalters aktiviert wird als auch in Folge auch der Hauptschalter geschlossen wird, so dass die Pumpenförderung einsetzt, die zumindest so lange anhält, wie Wasser durch die Wasserleitung fließt und der Wasserdurchfluss nicht durch Schließen des Wasserhahns wieder unterbrochen wird. Eine solche Schaltung hat im Stand-by-Betrieb, also wenn die Wasserpumpe nicht läuft, keinen Stromverbrauch, da die Steuerung von der sie mit Strom versorgenden Spannungsquelle getrennt ist. Damit die an der Steuerung anliegende Netzspannung auch als Steuersignal interpretiert werden kann, besitzt die die Steuerung eine logische Schaltung, die einen Steuereingang hat, der mit einem Pol des Netzteils verbunden ist, so dass die dort anliegende Spannung als ein Steuersignal der logischen Schaltung zugeführt ist.

In einigen Fällen kann es notwendig sein, den Verbraucher zumindest kurzeitig auch dann noch zu betreiben, wenn der Sensor schon kein Signal mehr liefert. Dies ist z. B. bei einer Pumpensteuerung der Fall, wenn die Wasserleitung wieder geschlossen wird. Mit einem Nachlaufen der Wasserpumpe soll erreicht werden, dass ein Druck in der wieder geschlossenen Wasserleitung aufgebaut wird, so dass es bei erneutem Öffnen der Wasserleitung zu einer anfänglichen Wasserfluss kommt, der ein Einschalten der Wasserpumpe - wie oben beschrieben - bewirkt.

Dazu sieht die Erfindung vor, dass die Steuerung einen Halteausgang aufweist, der mit dem Nebenschalter derart verbunden ist, dass bei der Ausgabe eines Haltesignals am Halteausgang der Nebenschalter betätigt ist.

Insbesondere bei einer Pumpensteuerung kann die Steuerung so eingerichtet sein, dass das Haltesignal zeitgesteuert ist. Dies erlaubt es, die Nachlaufzeit der Wasserpumpe und damit den Druckaufbau in der geschlossenen Wasserleitung einzustellen.

Da bei einer Beendigung des Durchflusses die Stromversorgung der Steuerung unterbrochen wird, ist vorgesehen, dass die Steuerung einen Kurzzeitstromspeicher aufweist, der es erlaubt, ein Haltesignal auch dann auszugeben, wenn die Stromversorgung der Steuerung durch das Netzteil unterbrochen worden ist. Auf diese Weise kann die Wasserpumpe in Betrieb gehalten werden. Die kurzzeitige Unterbrechung der Stromversorgung dient weiterhin als Triggersignal für den Beginn der Nachlaufzeit.

Durch die vorgeschlagene Schaltung wird erreicht, dass im Stand-by-Betrieb die Leistungsaufnahme bei Null liegt. Um zu erreichen, dass auch im Betrieb der Anlage die Steuerung wenig Strom verbraucht, ist vorgesehen, dass das Netzteil aus einem Tiefsetzsteller und einem davor geschalteten Gleichrichter besteht, wobei der Nebenschalter zwischen dem Tiefsetzsteller und dem Gleichrichter geschaltet ist.

Ein derartiger Tiefsetzsteller hat bekanntermaßen einen sehr geringen Verbrauch. Der Gleichrichter stellt weiterhin die Spannung zur Verfügung, die benötigt wird, um den Nebenschalter zu betätigen.

Dazu ist der Nebenschalter vorzugsweise als spannungsgesteuerter elektronischer Schalter ausgebildet. Spannungsgesteuert soll heißen, dass lediglich die Anlegung einer Spannung, nicht aber das Fließen eines Stromes, zum Betätigen des Schalters führt.

Um dem Schalter ein Spannungssignal zur Verfügung zu stellen, ist vorgesehen, dass der Nebenschalter als spannungsgesteuerter elektronischer Schalter ausgebildet ist, dass der Sensor einen schließbaren Kontakt aufweist, der in Reihe mit einem Vorwiderstand an den Ausgang des Gleichrichters angeschlossen ist, und dass eine Abzweigung zwischen dem Vorwiderstand und dem Sensor mit dem Steuereingang des elektronischen Schalters verbunden ist . Der schließbare Kontakt kann z. B. ein Reedkontakt sein. Bei dem elektronischen Schalter handelt es sich vorzugsweise um einen Feldeffekttransistor oder um ein C-MOS.

Sobald der schließbare Kontakt (Reedkontakt) geschlossen ist, bildet er zusammen mit dem Vorwiderstand eine Art Spannungsteiler, dessen Mittenabgriff eine Spannung am spannungsgesteuerten elektronischen Schalter zur Verfügung stellt.

Die Spannung für den spannungsgesteuerten Nebenschalter kann aber auch auf andere Weise zur Verfügung gestellt werden. So kann z. B. der Sensor ein Kondensator sein, der so mit einer Antenne verbunden ist, das er auf Grund elektromagnetischer Strahlung aufladbar ist. Hierbei kann es sich um hochfrequente Strahlung, aber auch um Infrarotstrahlung handeln. Der Kondensator wird mit dem Steuereingang des elektronischen Schalters verbunden. Da dieser lediglich eine Spannung, aber kaum einen Strom zum Schalten benötigt, kann ausreichend Energie zum Laden des Kondensators ohne Weiters z. B. aus einem schwachen Funksignal abgeleitet werden.

Grundsätzlich kann die Spannung für den spannungsgesteuerten Nebenschalter auch von einem Schallwandler, wie z. B. einem Piezoelement , zur Verfügung gestellt werden.

Wie schon oben erwähnt, ist eine bevorzugte Anwendung der o. g. Vorrichtung einer Anordnung, bei der der

Verbraucher der Motor einer Wasserpumpe ist, wobei der Sensor so installiert ist, dass er den Wasserdurchfluss durch eine von der Wasserpumpe gespeisten Wasserleitung sensiert .

Ein wesentliches Element der Erfindung ist es, dass jedenfalls die Spannungsquelle eine Gleichspannungsquelle ist und dass der Nebenschalter als spannungsgesteuerter elektronischer Schalter ausgebildet ist. Denn dann braucht diesem nur eine elektrische Spannung zur Verfügung gestellt werden um zu schalten, ohne dass der

Schaltvorgang elektrische Energie benötigt. Mit dieser Maßnahme allein wird schon erreicht, dass der Stand-by- Verbrauch zu Null wird, ohne dass vorzusehen wäre, dass die an der Steuerung anliegende Netzspannung als Steuersignal ausgewertet werden müsste.

Vorzugsweise besteht das Netzteil aus einem Tiefsetzsteller und einem davor geschalteten Gleichrichter, wobei der Nebenschalter zwischen dem Tiefsetzsteller und dem Gleichrichter angeordnet ist.

Um verlustfrei eine SchaltSpannung am Steuereingang des elektronischen Schalters zur Verfügung zu stellen, wird - wie oben beschrieben - vorgegangen: Entweder wird ein Spannungsteiler oder eine Antenne genutzt.

Des Weiteren kann - wie oben schon erläutert - vorgesehen werden, dass ein Pol des Netzteils mit einem Steuereingang der logischen Schaltung der Steuerung verbunden ist .

Ebenso kann ein Halteausgang der Steuerung verwirklicht werden .

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Wasserpumpe, die von einem an einen Hauptstromkreis angeschlossenen Motor angetrieben ist und an deren Druckseite eine Wasserleitung angeschlossen ist, die in einer Wasserentnahmestelle endet, wobei ein Sensor an der Wasserleitung installiert ist, der auf einen Wasserdurch- fluss durch die Wasserleitung anspricht. Der Sensor ist in eine Vorrichtung zum Schalten des Hauptstromkreises eingebettet, wie sie zuvor beschrieben ist.

Das Anliegen einer Netzteilspannung an der Steuerung bildet ein Steuersignal, das jedenfalls vorliegen muss, damit der Motor der Wasserpumpe eingeschaltet werden kann .

Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:

Fig.l eine hydraulische/elektrische Schaltung für eine Pumpensteuerung und

Fig.2 eine dazu alternative Schaltung.

Zunächst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen: Die Erfindung wird anhand einer Pumpensteuerung für ein Wasserversorgungssystem beschrieben. Diese besteht aus einer Wasserpumpe 1, die aus einem Wassernetz oder einem Wasserspeicher Wasser in eine Wasserleitung 2 zu einer Entnahmestelle 3 fördert. Die Entnahmestelle 3 ist mit einem Wasserhahn versehen, der manuell geöffnet oder geschlossen werden kann.

In der Wasserleitung 2 befindet sich ein so genannter Wasserwächter 5, wie er allgemein in Gebrauch ist, um den Fluss durch eine Wasserleitung zu erfassen. Eine typische Bauform eines Wasserwächters 5 besitzt eine mit einem Magnet bestückte Membran, die sich wegen einer vom fließenden Wasser bewirkten Druckminderung verbiegt, wodurch der Magnet an einen Reedkontakt 18 heranbewegt wird und diesen schließt. Der Antrieb der Wasserpumpe 1 erfolgt mittels eines Elektromotors 6, der über einen Hauptstromkreis 7 mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Im Hauptstromkreis 7 befindet sich ein Hauptschalter 8, der elektromagnetisch von einem Elektromagneten 9 betätigt wird. Zur Steuerung des Elektromagneten 9 ist eine elektronische Steuerung 10 mit einer logischen Schaltung 11 vorgesehen. Weiterhin befindet sich am Eingang für die Stromversorgung der Steuerung 10 ein elektrischer Kurzzeitstromspeicher in Form eine Kondensators 12.

Die Versorgung der Steuerung 10 mit elektrischer Energie erfolgt mittels eines Netzteils 13, das an einen Gleichrichter 14 angeschlossen ist, wobei in dem Versorgungs- stromkreis 15 zwischen dem Gleichrichter 14 und dem Netzteil 13 ein spannungsgesteuerter elektronischer Schalter in Form eines Feldeffekttransistors 16 geschaltet ist, der als Nebenschalter im Sinne der Erfindung fungiert .

Das Gate 17 des Feldeffekttransistors 16 ist mit dem Mittenabgriff eines Spannungsteilers verbunden, der aus dem oben erwähnten Reedkontakt 18 am Strömungswächter 5 und einem Vorwiderstand 19 besteht. Um den Gleichrichter 14 möglichst wenig zu belasten, ist der Vorwiderstand 19 hochohmig. Ein Feldeffekttransistor 16 benötigt zum Schalten lediglich eine SchaltSpannung an seinem Gate. Beim Schalten erfolgt keine Energieaufnahme durch das Gate, so dass der Feldeffekttransistor 16 verlustfrei geschaltet werden kann.

Wenn der Reedkontakt 18 geschlossen ist, liegt am Mittenabgriff praktisch die vom Gleichrichter 14 gelieferte Spannung vor, die am Gate 17 wirksam wird, so dass der Feldeffekttransistor 16 durchschaltet und am Netzteil 13 eine Spannung anliegt, die ggf. durch das Netzteil 13 reduziert an die Steuerung 10 weitergegeben wird.

Die Stromversorgung der Steuerung 10 dient auch dazu, den Betätigungsstrom für den Elektromagneten 9 zur Verfügung zu stellen.

Die Steuerung 10 beinhaltet, wie schon oben erwähnt, eine logische Schaltung 11, an der über eine erste Steuerleitung 20 die vom Netzteil 13 ausgegebenen Spannung als Steuersignal anliegt.

Dieses Steuersignal wird ggf. zusammen mit weiteren Signalen an den weiteren Steuereingängen 21 benötigt um festzulegen, ob der Elektromagnet 9 zum Schließen des Hauptschalters 8 mit Strom versorgt werden kann.

An den weiteren Steuereingängen 21 liegen z. B. Überwachungssignale an, die, soweit keine Störungen vorliegen, eine Betätigung des Hauptschalters 8 und damit ein Ingangsetzen des Motors freigeben. Liegt somit keine Störung vor, wird ein Signal am ersten Steuereingang 20, das aus dem Betrieb des Netzteils 13 herrührt, zu einer Betätigung des Elektromagneten 9 führen, der den Hauptschalter 8 im Hauptstromkreis 7 schließt.

Sobald ein Wasserdurchfluss durch die Wasserleitung 2 durch Schließen des Wasserhahns 4 unterbrochen wird, wird der Reedkontakt 18 geöffnet, so dass das Gate 17 spannungslos wird und der Feldeffekttransistor 16 sperrt. Damit ist die Stromversorgung des Netzteils 13 und in Folge auch die Stromversorgung der Steuerung 10 unterbrochen. In Folge davon öffnet auch der Hauptschalter 8. Um ein Nachlaufen der Wasserpumpe 1 zu ermöglichen, sieht die logische Schaltung 11 einen Halteausgang 22 vor, der mit dem Gate 17 verbunden ist. Der Halteausgang 22 ist mit einer hier nicht näher dargestellten Zeitschaltung verbunden, so dass auch nach Schließen der Wasserleitung 2 der Feldeffekttransistor 16 aufgrund des Spannungssignals vom Haltausgang 22 durchgeschaltet bleibt, so dass die Steuerung 10 weiterhin den Hauptschalter 8 geschlossen hält.

Um den Beginn des NachlaufZeitraums festzulegen, wird zunächst der Abfall der Spannung am ersten Steuereingang 20 registriert, wodurch eine Zeitschaltuhr in Betrieb gesetzt wird und eine Haltespannung am Halteausgang 22 ausgegeben wird. Da in diesem Moment keine Stromversorgung für die Steuerung 10 gegeben ist, ist dem Netzteil ein als Kurzzeitstromspeicher dienender Kondensator 23 parallel geschaltet, der für den kurzen Zeitraum zwischen dem Sperren des Feldeffekttransistors 16 und seinem erneuten Durchschalten auf Grund der Haltespannung die Steuerung 10 mit Strom versorgt. Dabei kann die Ent- ladezeit des Kondensators als Zeitschaltuhr verwendet werden .

Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, braucht die Steuerspannung für das Gate 17 des Feldeffekttransistors 16 nicht unbedingt durch einen Spannungsteiler mit einem Reedkontakt 18, dargestellt werden, da zum Durchschalten des Feldeffekttransistors 16 am Gate 17 lediglich eine Spannung angelegt werden muss. Da über das Gate 17 kein Strom fließt, reichen kleinste Leistungen aus, um den Feldeffekttransistors 16 zu schalten. Denkbar wäre z. B. ein Kondensator 23, der über eine nicht dargestellte Antenne durch Funkwellen aufgeladen wird. Auch andere Effekte, wie z. B. akustische Effekte, können genutzt werden, um die SchaltSpannung für das Gate 17 darzustellen. Bezugszeichenliste Wasserpumpe 16 Feldeffekttransistor Wasserleitung 17 Gate

Entnahmesteile 18 Reedkontakt

Wasserhahn 19 Vorwiderstand

Wasserwächter 20 erster Steuereingang Elektromotor 21 Steuereingänge Hauptstromkreis 22 Halteausgang

Hauptschalter 23 Kondensator

Elektromagnet

Steuerung logische Schaltung

Kondensator als

Kurzzeitstromspeicher

Netzteil

Gleichrichter

Versorgungsstromkreis