Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine elektrische Pumpe, die sich insbesondere für Aquarien eignet.

Stand der Technik

Aquarienpumpen gibt es in den verschiedensten Ausführungen mit 220 V Wechsel Spannung, ausgelegt als Tauch-, bzw. Überwasserpumpen. Diese Modelle sind zum größten Teil mit einem Spaltmotor ausgerüstet. Der Nachteil zeigt sich in lauten Lüftergeräuschen, da diese Art Antrieb stets luftgekühlt werden muß. Der Wirkungsgrad eines solchen Motors liegt bei ca. 30%.

Neuere Pumpen haben einen Permanentmagneten, der ebenfalls mit 220 V Wechsel Spannung angetrieben wird. Hierdurch ergibt sich eine gewisse Laufruhe, jedoch ist der Einsatz von 220 V Wechsel Spannung im und am Aquariumbecken problematisch.

Gleichstrommotoren sind für den Dauerbetrieb infolge der

Kurzlebigkeit des Kollektors und der Kollektorbürsten nicht geeignet .

Außerdem kann sich z.B. beim Spaltmotor aufgrund der erforderlichen Schmierung des Lagers und des Lüfterflügels auf der Wasseroberfläche ein Ölfilm ausbilden, der den Sauerstoffaustausch behindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe vorzuschlagen, die mit einer Niederspannung betrieben werden kann und eine hohe Lebensdauer bei Dauerbetrieb aufweist.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung schlägt eine Pumpe vor, die mit einem Elektromotor, einem vom Elektromotor angetriebenen Kreisel sowie mit einem Wassereinlaßstutzen und einem Wasserauslaßstutzen, die mit dem Kreisel in Verbindung stehen, ausgestattet ist und die dadurch gekennzeichnet ist daß der Elektromotor einen diametrisch gepolten Magneten sowie dem Magneten gegenüberliegend im gleichen Winkel abstand angeordnete Wicklungen aufweist, daß jede Wicklung über einen zugeordneten Verstärker an eine einen Gleichstrom abgebende Niederspannungsquelle angeschlossen ist und daß jeder Verstärkereingang über einen ersten Phasenschieber mit dem Verstärkerausgang des nachfolgenden Verstärkers und über einen zweiten Phasenschieber mit dem Verstärkerausgang des vorhergehenden Verstärkers verbunden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Pumpe kann mit einer Niederspannung, z.B. mit 12 V Gl eichspannung, betri eben werden und eignet

sich für den Dauerbetrieb bei hoher Laufruhe.

Da beim Stromausfall über das Netzgerät ein Akku gepuffert ^• werden kann, der automatisch die Stromversorgung für einige Stunden übernimmt, wird der Fischbestand in Salz- und Süßwasser mit Sicherheit überleben. Ein Stromausfall und die damit verbundene fehlende Wasserumwälzung führt nach neuesten Erkenntnissen innerhalb einer Stunde zum Absterben des Fischbesatzes. Dies gilt im besonderen Maße, wenn Seewasser auf 30°C aufgeheizt wurde, und die Sauerstoff¬ zufuhr über die Oberfläche vermindert oder unterbunden wird.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Pumpe im oder am Wasser ist unproblematisch, da 12 V Gleichspannung in Verbindung mit einem kurzschlußfesten Netzteil absolut ungefährlich i st .

Ferner kann der Stromverbrauch infolge eines Wi kungsgrades von 80% bei 12 V-Geräten niedrig gehalten werden.

Da es keine beweglichen Teile mehr gibt, alle Teile aus Kunststoff bestehen und selbst die Wicklungen in Harz eingegossen sind, ist eine Korrosion ganz ausgeschlossen. Über eine Spannungssteuerung kann die Drehzahl eingestellt werden. Dadurch kann die Pumpe an jede Beckengröße angepaßt werden .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 den.Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pumpe im Längsschnitt; Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pumpe im Längsschni t;

Fig. 4 die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung im

Blockschaltbild; Fig. 5 die Ansteuerschaltung gemäß Fig. 6 im Detail; Fig. 6 eine Variante der Anordnung des Wasserauslasses und Fig. 7 eine weitere Variante der Anordnung des

Was.serausl asses.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

In Fig.l ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpe dargestellt. Das Hauptgehäuse 1 ist becherförmig und doppelwandig ausgeführt. In dem Hohlraum des becherförmigen Gehäuses 1 ist ein diametrisch gepolter, zyl inderförmiger Magnet 4 aufgenommen, der einerseits mit Hilfe eines am Gehäuseboden befestigten ersten Lagers 2 und andererseits mit Hilfe eines zweiten Lagers 8, das an einem den Hohlraum des becherförmigen Haup ^' tgehäuses abdeckenden Kreiselgehäuses 12 angebracht ist, drehbar befestigt. Zwischen dem zylindrischen Magneten 4 und dem Hohlraum sowie zwischen dem Hauptgehäuse und dem Krei sei gehäuse 12 ist ein Spalt vorgesehen, der einen Wasserdurchfluß zu Kühlungszwecken ermöglicht. Der Längsseite des Magneten 4 gegenüberliegend sind Wicklungen 3 vorgesehen, die in dem doppelwandigen Gehäuse 1 abgeschlossen aufgenommen sind. Die um den zylindrischen Magneten herum angeordneten Wicklungen 3 weisen im wesentlichen einen gleichen Wi nkel abstan'd zueinander auf, wobei deren flache Eisenkerne über die gesamte Länge des zylindrischen Magneten reichen. Beim vorliegenden Aus ührungsbeispiel sind drei Wicklungen mit einem Wi nkel abstand von 120° vorgesehen (vgl. Fig.2). Zur Erhöhung des Drehmoments können jedoch auch 6 oder 12 Wicklungen in dem Hauptgehäuse 1 untergebracht werden. Die gesamten Wicklungen 3 werden vorzugsweise von einem Ringkernblech 5 umgeben, welches den Magnetfluß bei Belastungen wesentlich verbessert.

Die Wicklungen 3 sind in Harz 10 eingegossen.

Das Kreiselgehäuse 12 schließt einen Kreisel 6 ein, der auf der Welle 13 des zyl inderförmigen Magneten 4 befestigt ist, und sich somit mit dem Magneten 4 dreht. An dem Kreiselgehäuse 12 sind ferner ein Wassereinzugsstutzen 9 sowie ein Wasserauslaßstutzen 7 ausgebildet.

An der äußeren Bodenwand la des Hauptgehäuses 1 befindet sich eine Durchführung 15 für ein Kabel 14, das der Verbindung der Wicklungen 3 mit der später beschriebenen Ansteuerschaltung dient. Diese Ansteuerschaltung kann jedoch auch in das Hauptgehäuse 1 oberhalb der Wicklungen 3 integriert und in Harz 10 eingegossen werden.

In Fig.3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemäßen Pumpe dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im wesentlichen vom vorhergehenden dadurch, daß der Magnet 4' scheibenförmig ausgebildet ist und daß eine der Stirnseiten des Magneten 4' den Wicklungen 3 gegenüberliegt. Der die Wicklungen 3 aufweisende Gehäuseteil ist wasserdicht in Kunststoff vergossen.

Fig.4 zeigt den schemattschen Aufbau des Pumpenmotors mit zugehöriger Ansteuerschaltung. Der kollektorlose Gleichstrommotor weist dabei im Stator z.B. die vorstehend erwähnten drei Wicklungen 3 auf (nachstehend als W,, W-, W ₃ bezeichnet), die einer Drehstromwicklung entsprechend um jeweils 120° gegeneinander versetzt über den Umfang der Pumpe verteilt sind und in Sternschaltung betrieben werden.

Der Rotor besteht aus dem zylindrischen Dauermagneten 4 bzw 4' , der zweipolig diametral magnetisiert ist und dessen magnetischer Fluß die Wicklungen in radialer Richtung durchsetzt. Jede Wicklung W, , W„, ₃ wird über einen zugeordneten Verstärker V.,, V«, V ₃ an die Gleichstromquelle geschaltet. Jeder Verstärkereingang ist über einen ersten Phasenschieber $_„ _? - - ₃ mit dem Verstärkerausgang der

nachfolgenden Stufe und über einen zweiten Phasenschieber ^12 ^ 3 ^31 ^m ^ ^{dem '} Verstärkerausgang der vorhergehenden Stufe verbunden. Die Schaltung stellt also einen dreistufigen Mul ti vibrator dar, dessen Kippfrequenz durch den Phasenschieber bestimmt wird. Durch entsprechende

Auslegung der Schaltung wird erreicht, daß jeweils nur eine Stufe eingeschaltet wird und das im Motor erzeugte Drehfeld immer in der vorbestimmten Richtung rotiert.

Beim Einschalten des Stromes schaltet zunächst irgendeine Verstärkerstufe die zugehörige Wicklung ein. Der Rotor hat z-u diesem Zeitpunkt eine beliebige Wi nkel stel 1 ung und wird von der eingeschalteten Wicklung auf den kürzesten Weg, mit oder gegen die vorgesehene Drehrichtuπg, ausgerichtet. Bei den folgenden Kippvorgängen wird der Anker synchron in der vorbestimmten Richtung mit dem Drehfeld mitgezogen, wie dies beispielsweise bei einem Schrittmotor der Fall ist.

Durch die Drehschritte oder Drehimpulse induziert der Rotor in dem der Winkel stel 1ung entsprechenden Wicklung einen

Spannungsimpuls, der sowohl der vorhergehenden als auch der folgenden Verstärkerstufe zugeführt wird. Die Phasenschieber sind dabei so bemessen, daß die folgende Stufe zuerst eingeschaltet wird und die vorhergehende Stufe von der folgenden Stufe über den jeweiligen Phasenschieber gesperrt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich pro volle Ankerumdrehung 3 mal, so daß der Anker einem dauernden Drehmoment ausgesetzt ist und in bekannter Weise hochläuft.

Fig.5 zeigt das der Fig.4 zugehörige detaillierte

Schaltbild. Die Leistungstransistoren T., T ₅ , T _^ bilden zusammen mit ihren Vortransistoren T, , T _? , bzw. T ₃ die den Wicklungen W,, «, W ₃ zugeordneten Verstärker. Die erste Phasenschiebergruppe ist durch die RC-Glieder R.,, C.; Rg, C _ς ; Rg, Cg dargestellt, die zweite Phasenschiebergruppe durch die RC-Glieder R., C,; Rg, C -. , C _g ; usw.

In Fig. 5 ist ferner ein Relais 50 vorgesehen, das der Umschaltung der ^" Drehrichtung des Motors dient. Die Umschaltung wird lediglich durch das Vertauschen von z.B. W, und W« erreicht; d.h. es werden zwei der drei Wicklungen abgetrennt und vertauscht. Der Motor bleibt dann kurzzeitig ' je nach Belastung stehen und beginnt, wie im Zusammenhang mit Fig.4 beschrieben, durch die Phasendrehung von 360° in entgegengesetzter Richtung zu drehen.

In der Fig.6 weist die Pumpe 2 auf gleicher Achse liegende Wasserauslaßstutzen 7 auf, die in entgegengesetzten Richtungen das Wasser abgeben. Durch diese Ausgestaltung der Wasserauslaßstutzen und die Möglichkeit die Drehrichtung des Kreisels umzuschalten kann ein Meeresbrandungs- bzw.

Strömungsänderungseffekt erzielt werden, der insbesondere bei niedrigen Meereswassertieren unerläßlich ist. Weiterhin ist es möglich,, daß der erste Wasserauslaßstutzen als Strömung eingesetzt und der zweite als Abschäumer betrieben wird. Gleichzeitig wird der Wassereinzugsstutzen mit einem Filter bestückt und übernimmt die Wasserreinigung.

Fig.7 zeigt ein der Fig.6 ähnliches Ausführungsbeispiel, bei dem die Wasserauslaßstutzen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Hier wird bei Drehrichtungsänderung des Kreisels die Wasserströmung entsprechend in fixierter Richtung geleitet.