Steueranordnung

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für eine Kreiselpumpe, insbesondere einer Umwälzpumpe, mit einer Zentraleinheit, die in einem Gehäuse angeordnet ist, das einen Gehäusedeckel aufweist. Die Erfinder betrifft ferner ein dazugehöriges Set sowie ein Verfahren zur Konfiguration einer Steueranordnung einer Kreiselpumpe.

Es gibt zahlreiche Anwendungen von Umwälzpumpen mit Steueranordnungen. Bei einer solchen Anwendung kann es sich beispielsweise um eine Umwälzpumpe in geschlossenen Systemen zur Erzeugung eines Zwangsumlaufes handeln. Beispiele für geschlossene Systeme können Heizungsanlagen für Warmwasser oder Wärmeübertragungsanlagen sein. Dabei kann die Umwälzpumpe in Form einer Kreiselpumpe ausgeführt sein. Kreiselpumpen verfügen über ein spiralförmiges Gehäuse, in dem ein schaufelbestücktes Laufrad mit hoher Drehzahl rotiert. Es wird über eine Pumpenwelle von einem Elektromotor angetrieben. Der stillstehende Stator des Elektromotors und der sich drehende Rotor sind durch ein rohrartiges Innengehäuse dicht getrennt. Das Spaltrohr kann aus nichtmagnetisierbarem Chrom-Nickel-Stahl bestehen. Der gekapselte Rotor läuft in der Förderflüssigkeit. Das umlaufende Magnetfeld in der Statorwicklung induziert ein entgegen gerichtetes Magnetfeld in die Rotorwicklung.

In der DE 29 20 313 C2 wird eine solche Kreiselpumpe als Umwälzpumpe in Heizungsanlagen beschrieben. Die Drehzahl der Umwälzpumpe ist dabei abhängig von der Temperatur gesteuert, die über einen Außentemperaturfühler ermittelt wird. Die Drehzahlsteuerung kann entweder als Differenzdruckregelung oder Proportionaldruckregelung ausgeführt werden. Bei der Differenzdruckregelung wird die Drehzahl und die Leistung automatisch dem Bedarf an umgewälztem Wasser angepasst. Dazu wird die Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite ermittelt und die Motordrehzahl und damit die Leistung so gesteuert, dass der Differenzdruck weitestgehend konstant bleibt. Der Differenzdruck ist anlagenspezifisch und entsteht durch Reibung des umgewälzten Wasserstromes an den Rohrwandungen und durch Richtungswechsel an jedem Bogen. Bei der Proportionaldruckregelung wird der Sollwert des Differenzdruckes in Abhängigkeit vom Volumenstrom verändert. Diese Regelung berücksichtigt, dass in der Anlage je nach Bedarf eine unterschiedliche Menge an warmem Umwälzwasser erforderlich wird, um die gewünschte Wärmeleistung in den Anschlussstationen bereitzustellen.

Die Drehzahl der Pumpe ist dabei ein entscheidendes Kriterium hinsichtlich der Energieeinsparung. Die Leistungsaufnahme einer Pumpe und somit ihr Energieverbrauch ist abhängig vom Betriebspunkt, der den Schnittpunkt zwischen Regelkennlinie und Anlagenkennlinie darstellt. Die Pumpe fördert in diesem Betriebspunkt einen bestimmten Förderstrom mit einer bestimmten Förderhöhe. Der Pumpenbetriebspunkt lässt sich durch Einstellung der Motordrehzahl variieren. Die Motordrehzahl wird durch eine Steuereinheit eingestellt. Diese besteht aus elektrischen und elektronischen Komponenten, die so verschaltet sind, dass sie komplexe Steuerungsvorgänge im Anwendungsfall von Umwälzpumpen automatisch ausführen können.

Diese Steueranordnungen sind heute Mikroprozessor oder SPS-basiert. In Pumpen können sie die komplexen Schalt- und Steuerungsabläufe in der geforderten Art und Weise ausführen, so dass wie in DE 10 2017 203 960 A1 beschrieben auch Geräuschemissionen reduziert werden können. Steuereinheiten sind die Grundlage für einen bedarfsorientierten und gleichzeitig möglichst sparsamen Betrieb. Eine Steueranordnung zur energiesparsamen Steuerung einer Umwälzpumpe ist beispielsweise in der EP 1 342 957 A1 beschrieben. Dabei lassen sich die Schaltzeiten einerseits bedarfsorientiert und andererseits an die Systemanforderungen anpassen.

Zur Einbindung in übergeordnete Systeme ist es nötig, dass die Steuerungen von Umwälzpumpen mit Sensoren, Aktoren und anderen Steuerungen kommunizieren können. Die Energieeinsparung von Umwälzpumpen lässt sich weiterhin optimieren, wenn ein Gebäudemanagementsystem den Energiebedarf ganzheitlich erfasst und die Energiezufuhr individuell steuert. Dazu ist es nötig, dass die Steuerungen von Umwälzpumpen mit Sensoren, Aktoren und anderen Steuerungen kommunizieren können. Diese Kommunikationsfähigkeit lässt sich beispielsweise über Schnittstellen zu draht- oder funkgebunden Netzwerken realisieren, wobei die Schnittstellen insbesondere aus Feldbusmodulen oder Anschlüssen für Sensoren oder Aktoren bestehen können. Neben der Energieeinsparung können auch Störmeldungen ferngewartet und vorausschauende Wartungen geplant werden.

Die Kommunikationsfähigkeit wird über das Einbringen eines Zusatzmoduls in das Gehäuse der Zentraleinheit ermöglicht. Dazu muss innerhalb des Gehäuses ausreichend Platz freigehalten und dauerhaft bereitgestellt werden, um ein solches Modul anschließen zu können. Bei herkömmlichen Systemen muss aufwändig das Kabel zur Kommunikation über die Kabeldurchführung eingebracht und innerhalb des begrenzten Bauraumes zeitintensiv angeklemmt werden. Es folgt das Einstellen der Konfiguration des Zusatzmoduls, das abhängig von der Art des Zusatzmoduls viel Spezialwissen des Anwenders erfordert. Die Kabeldurchführungen müssen abgedichtet werden und der Gehäusedeckel muss den Anforderungen entsprechend dicht verschlossen werden. Um alle gängigen Zusatzmodule in das Gehäuse einbringen zu können, müssen die Gehäuse über erheblichen zusätzlichen Bauraum sowie über eine große Anzahl an Kabeldurchführungen verfügen. Die Funktionalität der Kommunikationsschnittstelle kann nicht ohne Zusatzkosten in der Zentraleinheit über optische Funktionselemente signalisiert werden. All diese Randbedingungen führen zu einer kostspieligen Grundausführung von Gehäusen für Steuerungen von Umwälzpumpen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steueranordnung sowie ein Verfahren zur Konfiguration einer Steueranordnung einer Umwälzpumpe bereitzustellen, die die Konfiguration bedienungsfreundlich durchführen lässt. Die Vorrichtung sollte dabei wenig Bauraum im Gehäuse einnehmen. Das Verfahren sollte die Kommunikation der Steuereinrichtungen zu ganz unterschiedlichen Kommunikationsteilnehmern flexibel ermöglichen. Dabei sollte die Konfiguration der Steueranordnung möglichst kostengünstig realisiert werden können. Die Kosten in der Zentraleinheit sollen minimal gehalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steueranordnung, einem Verfahren sowie einer eine Verwendung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist im Gehäusedeckel der Steueranordnung ein Modul zur Konfiguration integriert. Dieses zusätzliche Modul dient der Konfiguration der Steueranordnung. Im Gehäusedeckel kann beispielsweise ein Feldbusmodul integriert sein, welches die Kommunikation mit Sensoren, Aktoren und übergeordneten Steuerungen respektive Regelungen ermöglicht. Durch Einsetzen des Gehäusedeckels mit integriertem Modul entfällt die zeitaufwändige Montage des Moduls im Gehäuse der Steueranordnung. Vorzugsweise kann hierdurch eine Pumpe mit der Grundausführung einer Steueranordnung hergestellt werden, ohne dass für Zusatzmodule Bauraum innerhalb des Gehäuses vorgehalten werden muss. Die gegebenenfalls benötigte Inneraumvergrößerung für zusätzliche Module wird somit in das dritte Gehäuseteil verlagert. Bei einem dritten Gehäuseteil mit Zusatzmodul ist also der umschlossene Bauraum größer als bei einem dritten Gehäuseteil ohne Zusatzmodul.

Damit verbunden ist auch die Reduktion der Kabeldurchführungen im ersten oder zweiten Gehäuseteil des Gehäuses, da die für die Kommunikation nötigen Kabeldurchführungen bzw. Anschlussmöglichkeiten im Gehäusedeckel der Steueranordnung angeordnet sein können.

Vorteilhafterweise umfasst das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil, wobei das erste Gehäuseteil von dem zweiten Gehäuseteil teilweise verschlossen wird und der Gehäusedeckel den durch das zweite Gehäuseteil nicht verschlossenen Bereich des ersten Gehäuseteils verschließt. Der durch das zweite Gehäuseteil nicht verschlossene Bereich des ersten Gehäuseteils entspricht einem Anschlussraum der Zentraleinheit. Der Gehäusedeckel schließt also den Anschlussraum der Zentraleinheit ab. Unter Anschlussraum versteht man den Bauraum, der zum Auflegen der Steuer- bzw. Leistungsleitungen. Im Anschlussraum sind die Anschlussklemmen angeordnet. Der Anschlussraum ist derart ausgeführt, dass auch bei geöffnetem Gehäusedeckel keine Komponenten berührt werden können, die gefährliche Spannungen führen. Der Gehäusedeckel fungiert als Abdeckung des Anschlussraums. Die Abdeckung erfüllt die geforderte IP Schutzart. Die Anschlussklemmen sind

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Konfiguration der Steueranordnung automatisch initialisiert, indem der Gehäusedeckel mit integriertem Zusatzmodul in das Gehäuse eingesetzt wird. Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, dass beim Einrasten des Gehäusedeckels eine dauerhafte Signalverbindung erzeugt wird, die die Steuereinheit der Pumpe für die Kommunikation beispielsweise über Bussysteme konfiguriert.

Da das zweite Gehäuseteil derart ausgeführt ist, dass es von einem Endkunden nicht ohne weiteres von dem ersten Gehäuseteil getrennt werden kann und im Gegensatz dazu der Gehäusedeckel beispielsweise ohne spezielles Werkzeug ausgetauscht werden kann, ist eine Anpassung der Funktionalität der Pumpe auf einfache Weise durch den Endkunden möglich. Das ermöglicht beispielsweise die Auslieferung der Pumpe zunächst mit einem Gehäusedeckel, der einzig zum Verschließen des Anschlussraums dient, und die Nachrüstung eines Gehäusedeckels mit einem integrieren Modul durch den Endverbraucher zu einem späteren Zeitpunkt.

Gemäß der Erfindung wird der Gehäusedeckel der Steueranordnung mit integriertem Zusatzmodul zur Konfiguration der Pumpensteuerung verwendet. Vorteilhafterweise kann je nach angestrebtem Kommunikationsstandard ein Gehäusedeckel mit dem dafür erforderlichen Modul eingesetzt werden. Durch Einsetzen des Gehäusedeckels wird dabei die erforderliche Konfiguration der Steuerung passend zu dem dafür eingesetzten Modul automatisch durchgeführt. Eine Anpassung der Verwendung einer Umwälzpumpe in der Grundausführung oder eine nachträgliche Anpassung auf einen neuen Kommunikationsstandard lässt sich somit jederzeit während des Produktlebenszyklus einer Umwälzpumpe ausführen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugt eine formschlüssige Verbindung zum Gehäuse der Steueranordnung. Beispielsweise kann die formschlüssige Verbindung als Nut-Feder-Verbindung ausgeführt sein. Diese Ausführung garantiert einen dauerhaften Verschluss des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse bei gleichzeitiger stabiler Signalverbindung des Zusatzmoduls mit der Steuereinrichtung. Vorzugsweise sind die Verbindungselemente für den Signalfluss so angeordnet, dass beim Einschieben des Gehäusedeckels in die Nut-Feder-Schiene die Verbindung der Signalübertragung wieder lösbar einrastet. In einer möglichen Variante der Erfindung könnte die Verbindung des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse auch in einer Schwalbenschwanzverbindung ausgeführt sein.

In einer besonders günstigen Variante ist der Gehäusedeckel der Steueranordnung modular aufgebaut und kann aus mehreren Teilen bestehen. Die Konstruktion des Gehäusedeckels ist somit für unterschiedliche Produktions- und Montageanforderungen anpassbar.

Vorzugsweise wird durch das Einsetzen des Gehäusedeckels in das Gehäuse der Steueranordnung bereits gleichzeitig die Signalverbindung des integrierten Zusatzmoduls mit der Steuereinheit der Umwälzpumpe hergestellt. Die händische Verdrahtung eines einzusetzenden Zusatzmoduls ist bei dieser Variante nicht mehr nötig. Die Konfiguration der Steuerung durch das Zusatzmodul ist somit besonders montagefreundlich und zeiteffizient durchführbar.

Die Steueranordnung, im Gehäuse dergleichen, einer Umwälzpumpe verfügt erfindungsgemäß über mindestens eine elektronische Baugruppe. Diese dient als Leiterplatte für elektrische und elektronische Bauteile, die die Aufgaben verschiedener Drehzahlregelungen sowie zeitgeführter Schaltimpulse ermöglicht. Vorzugsweise ist das im Gehäusedeckel integrierte Zusatzmodul ebenfalls als elektronische Baugruppe ausgeführt. Zwischen den mindestens zwei elektronischen Baugruppen besteht vorteilhafterweise eine dauerhafte Signalverbindung, die sich durch Einsetzen des Gehäusedeckels in das Gehäuse der Steueranordnung ergibt.

Die elektronische Baugruppe kann vorzugsweise eine Leistungsbaugruppe oder als Steuerbaugruppe ausgeführt sein.

Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, dass die Abmessungen des Gehäusedeckels zum Verschluss des Gehäuses standardisiert sind. So ergeben sich für alle denkbaren Zusatzmodule gleiche Einsteckmaße des Gehäusedeckels. Der erforderliche Platz für die diversen denkbaren Zusatzmodule wird durch die unterschiedliche Tiefe der Gehäusedeckel erreicht. Das Gehäuse für die Steueranordnung kann dadurch besonders flach und platzsparend ausgeführt werden, da der benötigte Platz für ein Zusatzmodul im Gehäusedeckel vorgesehen wird.

Bei einer Variante der Vorrichtung ist es auch denkbar, dass im Gehäusedeckel mehrere Zusatzmodule integriert sein können. Dadurch kann die Kommunikation mit verschiedenen Sensoren bzw. Aktoren und einer übergeordneten Gebäudeleittechnik und/oder Remote Managementsystemen gleichzeitig auch bei unterschiedlichen Kommunikationsstandards stattfinden.

Dabei hat sich als besonders günstig erwiesen, dass die nötigen Verbindungselemente für die Kommunikation des Zusatzmoduls wie konfektionierte Anschlussstecker und/oder Kabeldurchführungen im Gehäusedeckel angeordnet sind. So ist das Design des Gehäusedeckels voll auf das integrierte Zusatzmodul abgestimmt und enthält mindestens die notwendigen Verbindungsmöglichkeiten. Dadurch kann beim Gehäuse der Steueranordnung in der Grundausführung ganz auf Anschlussmöglichkeiten verzichtet oder zumindest auf einige wenige Verbindungsmöglichkeiten reduziert werden. Vorteilhafterweise lassen sich hierdurch die Kosten für die Grundausführung der Steueranordnung der Umwälzpumpe wesentlich reduzieren und gleichzeitig lässt sich der Bauraum für die im Gehäuse untergebrachte Steuereinheit minimieren. Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, dass der Gehäusedeckel mit integriertem Zusatzmodul über die für das integrierte Zusatzmodul passenden optischen Anzeigeelemente zur Anzeige des Funktionsstatus verfügt. Bei einer besonders günstigen Variante sind die Anzeigeelemente in Form von LEDs ausgeführt. Bei der nachträglichen Aufrüstung einer Steueranordnung einer Umwälzpumpe in der Grundausführung mit einem Gehäusedeckel mit integriertem Zusatzmodul kann hierdurch der Funktionsstatus von außen eingesehen werden. Vorteilhafterweise muss an einem Gehäuse einer Steueranordnung der Grundausführung keine Anzeigeelemente für jedes erdenkliche Zusatzmodul angeordnet werden.

Vorteilhafterweise kann durch die standardisierten Abmaße des Gehäusedeckels das Gehäuse mit Dichtungen zwischen Gehäuse und Gehäusedeckel verschlossen werden. Hierdurch lässt sich auch beim Einsetzen eines Gehäusedeckels mit integriertem Zusatzmodul die bestehende IP-Schutzart des Gehäuses der Steueranordnung der Umwälzpumpe erhalten. Vorzugsweise sind die Verbindungselemente für das im Gehäusedeckel integrierte Zusatzmodul in der erforderlichen IP-Schutzart ausgeführt.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Set, umfassend eine Steueranordnung für eine Kreiselpumpe, insbesondere eine Umwälzpumpe, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Zentraleinheit, mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten, das erste Gehäuseteil teilweise verschließenden Gehäuseteil des Gehäuses, einem Gehäusedeckel, welches den durch das Gehäuseteil nicht verschlossenen Bereich des Gehäuseteils verschließt, und einen weiteren Gehäusedeckel, welches den durch das Gehäuseteil nicht verschlossenen Bereich des Gehäuseteils verschließt und ein integriertes Modul zur Konfiguration der Steueranordnung umfasst. Ein solches Set erlaubt insbesondere eine vergleichsweise individuelle Anpassung der Funktionalität. Eine Anpassung der Verwendung einer Umwälzpumpe in der Grundausführung oder eine nachträgliche Anpassung auf einen neuen Kommunikationsstandard lässt sich somit jederzeit während des Produktlebenszyklus einer Umwälzpumpe ausführen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.

Dabei zeigt:

Figur 1 eine Draufsicht des Gehäuses der Steueranordnung, das an der Umwälzpumpe befestigt ist. In Figur 1 ist die Schnittebene von Figur 2 markiert.

Figur 2 einen Schnitt einer Steueranordnung einer Umwälzpumpe.

Figur 1 zeigt eine Umwälzpumpe mit einem daran angeordneten Gehäuse 1 einer Steuereinheit. Bei der dargestellten Umwälzpumpe handelt es sich um eine Kreiselpumpe, die in einer nicht dargestellten Rohrleitung eingebaut ist, mit einer rotierenden Welle, einem Laufrad und einem feststehenden Pumpengehäuse. Ein Elektromotor, der in einem in Fig. 2 mit 2 bezeichneten Gehäuse für den Elektromotor angeordnet ist, treibt die Pumpenwelle an, auf der das Laufrad sitzt. Das durch einen Saugstutzen und einen Saughals axial in das Laufrad eintretende Fluid erhält von den Laufradschaufeln eine Umlenkung in eine radiale Bewegung, wodurch das Fluid bei gleichzeitiger Fluiddruckerhöhung beschleunigt wird. Nach dem Austritt aus dem Laufrad wird das Fluid im Spiralgehäuse der Pumpe gesammelt.

Die in Fig 1 und Fig. 2 dargestellte Steueranordnung der Umwälzpumpe ist in einem Gehäuse 1 der Steueranordnung untergebracht. Das Gehäuse 1 der gezeigten Ausführungsform ist mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet und umfasst ein erstes Gehäuseteil 1 a und ein zweites Gehäuseteil 1 b, die somit eine Art Gehäuserumpf bilden. Das Gehäuse 1 der Steueranordnung ist am Gehäuse 2 des Elektromotors angeordnet. In dem Gehäuse 1 der Steueranordnung befindet sich die Zentraleinheit 4, die im Ausführungsbeispiel aus einer Leistungsbaugruppe und einer Steuerbaugruppe besteht. Dieses enthält die Elektronikbauteile für die Drehzahlregelungen und die Schaltsteueraufgaben. Das erste Gehäuseteil 1a des Gehäuses 1 ist unmittelbar an dem Gehäuse 2 des Elektromotors befestigt. Das erste Gehäuseteil 1 a wird an der dem Elektromotor gegenüberliegenden Seite von dem zweiten Gehäuseteil 1 b teilweise verschlossen. Die Zentraleinheit 4 ist an einem der Gehäuseteile 1 a oder 1 b befestigt. Ein austauschbarer Gehäusedeckel 5 verschließt den durch das Gehäuseteil 1 b nicht verschlossenen Bereich des Gehäuseteils 1 a. Das Gehäuseteil 1 b umfasst eine Bedieneinheit 12 und zumindest eine Anzeigevorrichtung 13. Die Anzeigevorrichtung 13 umfasst vorzugsweise LED- und/oder LCD-Elemente.

Der Gehäusedeckel 5 für das Gehäuse 1 der Steueranordnung enthält ein integriertes Modul 6. Im Ausführungsbeispiel ist dieses zusätzliche Modul 6 ein Feldbusmodul. Am Gehäusedeckel 5 sind Anschlussstecker und/oder Kabeldurchführungen 7 für die Buskommunikation sowie Anzeigeelemente 3 für die Anzeige des Kommunikationsstatus integriert. Im Ausführungsbeispiel sind die Anzeigeelemente LEDs. Weitere Kabeldurchführungen 8 sind am Gehäuse 1 , insbesondere an dem ersten Gehäuseteil 1 a und/oder an dem zweiten Gehäuseteil 1 b, angebracht. Das Gehäuse 1 der Steueranordnung mit dem eingesetzten Gehäusedeckel 5 wird mit einer Dichtung 9 abgedichtet. Der Gehäusedeckel 5 schließt, wie vorstehend beschrieben, den durch das Gehäuseteil 1 b nicht verschlossenen Bereich, insbesondere einen Anschlussraum 10 der Zentraleinheit 4 ab. Unter Anschlussraum 10 versteht man den Bauraum, der zum Auflegen der Steuer- bzw. Leistungsleitungen dient. Im Anschlussraum 10 sind die Anschlussklemmen 11 angeordnet. Der Anschlussraum 10 ist derart ausgeführt, dass auch bei geöffnetem Gehäusedeckel 5 keine Kompoenten, beispielsweise die Anschlussklemmen 11 , berührt werden können, die gefährliche Spannungen führen.