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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die Erfindung betrifft eine batteriebetriebene Pumpe
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Batteriebetriebene Pumpen sind insbesondere
in Gärten
ohne eigenen Stromanschluss im Rahmen der Gartenbewässerung
vorteilhaft einsetzbar oder um gesammeltes Regenwasser aus Brunnen,
Teichen oder Sammelbehältern
zu fördern.
Von besonderem Vorteil ist ihr Einsatz als Tauchpumpe, da die niedrige
Batteriespannung gegenüber
der hohen Netzspannung für
den Benutzer unkritisch ist.
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Batteriebetriebene Pumpen haben aber
wie alle batteriebetriebenen Geräte
das Problem, dass die Einsatzdauer durch die Batteriekapazität begrenzt
ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es
daher, die Betriebszeit einer batteriebetriebenen Pumpe mit einer
Ladung der Batterie zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
betreffen vorteilhafte Aus- und
Weiterbildungen der Erfindung. Der Wortlaut der Erfindung wird durch
ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Der Hauptgedanke der Erfindung besteht
darin, zwischen einen Motor und eine Batterie zum Antrieb des Motors
eine einstellbare Steuereinrichtung einzuschleifen, mit der eine
Leistungsabgabe der Batterie an den Motor variabel einstellbar ist.
Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine Leistungsaufnahme
des Pumpenmotors gegenüber
einem direkten Anschluss an die Batterie verlustarm auszuführen. Vorzugsweise
ist die Leistungsabgabe der Batterie durch die Steuereinrichtung
in mehreren Stufen schaltbar, wobei in einer Stufe der Pumpenmotor über die
Steuereinrichtung ohne Begrenzung der Leistungsabgabe direkt an
die Batterie angekoppelt ist, und in wenigstens einer weiteren Stufe
die Steuereinrichtung die von der Batterie abgegebene Leistung für den Pumpenmotor
begrenzt. Alternativ kann die Leistungsabgabe stufenlos eingestellt
werden. Bevorzugt ist es möglich,
dass die Steuereinrichtung die Motoreingangsspannung gegenüber der Batteriespannung
in Abhängigkeit
von der vorgegebenen Leistungsabgabe herabsetzt.
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Die Bezeichnung Batterie im Sinne
der Erfindung umfasst selbstverständlich auch wiederaufladbare
Batterien wie Akkumulatoren odgl.
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Vorzugsweise sind wenigstens zwei
weitere unterschiedliche Stufen vorgesehen, bei denen die Steuereinrichtung
die Leistungsaufnahme des Pumpenmotors gegenüber der direkten Ankopplung
an die Batterie reduziert. Zusätzlich
kann eine Stufe „Aus" vorgesehen sein,
bei der die Steuereinrichtung die Batterie vollständig vom
Pumpenmotor trennt.
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Vorzugsweise sind die einzelnen möglichen Stufen
zur Leistungseinstellung für
den Pumpenmotor sichtbar durch Ziffern bezeichnet. Alternativ oder zusätzlich zu
einer reinen Durchnummerierung können
aber auch Symbole vorgesehen sein, die einen jeweiligen Einsatzfall
kennzeichnen. Die Markierungen der einzelnen Stufen können dabei
auf dem Bedienelement und/oder auf einem Gehäuse der Steuereinrichtung im
Umfeld des Bedienelementes aufgebracht sein.
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Bei einer möglichen Ausführungsform
der Erfindung werden die einzelnen Stufen vom Benutzer mit dem Bedienelement
einzeln eingestellt d.h. durch Auswahl von diskret am Bedienelement
einstellbaren Positionen, wobei die diskret einstellbaren Positionen beispielsweise
durch haptische vom Benutzer am Bedienelement erfühlbare Raststellungen
realisiert sind, welche die einzelnen Einsatzfälle der Pumpe betreffen.
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Bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Auswahl der einzelnen Einsatzfälle der
Pumpe mit dem Bedienelement kontinuierlich oder quasi kontinuierlich.
D.h. das Bedienelement verfügt
nicht über
Rastpositionen, über
welche der Benutzer eine haptische Rückmeldung über eine bestimmte eingestellte
Position am Bedienelement erhält,
und die Leistungsabgabe der Batterie ist von der Steuereinrichtung
kontinuierlich oder quasi kontinuierlich einstellbar. Bei dieser
Ausführungsform
ist es besonders vorteilhaft, wenn am Bedienelement und/oder am
Gehäuse
der Steuereinrichtung entsprechende Bezeichnungen der einzelnen
Einsatzfälle
der Pumpe vorhanden sind.
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Bei einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung ist zur Verringerung eines Übertragungsverlustes in der
Steuereinrichtung eine Steuerschaltung vorgesehen, beispielsweise
ein Gleichstromwandler. Mit dieser kann entsprechend einem Einsatzfall
der Pumpe ein Übertragungsmaß eingestellt
werden. Die Art der Einstellung des Übertragungsmaßes kann
verschieden sein. In einer besonders einfachen Ausführungsform
ist die Steuerschaltung als Pulsweitenmodulator (PWM) ausgeführt, dessen
Tastverhältnis
(Durchschaltezeit zu Periodenzeit) entsprechend des Einsatzfalles
der Pumpe einstellbar ist, beispielsweise über einen Bereich von 30% für eine geringste
Leistungsaufnahme des Motors bis 100% für eine größte Leistungsaufnahme des Pumpenmotors.
Dabei entspricht das Tastverhältnis
von 100% einer direkten Ankopplung des Pumpenmotors an die Batterie.
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In der Steuereinrichtung kann zwischen
einem Batterieanschluss und einem Anschluss für den Pumpenmotor ein Schaltelement
eingeschleift sein, insbesondere ein elektronisches Schaltelement,
beispielsweise ein Feldeffekttransistor. Dieses wird durch Schalttakte
ein- und ausgeschaltet. Diese Maßnahmen haben den Vorteil,
dass eine Verlustleistung am Schaltelement im wesentlichen nur an den
Schaltflanken auftritt, welche sehr kurz gehalten werden können. Die
Leistungsverluste im Schaltelement können bei gebräuchlichen
Schaltungen auf wenige Prozent reduziert werden.
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Bei einer besonders einfachen Ausführungsform
der Erfindung wird mit dem Bedienelement ein bestimmtes Tastverhältnis in
der Steuerschaltung eingestellt, wobei diskret einstellbare Positionen
am Bedienelement für
die Tastverhältnisse
0% – Stellung „Aus", Batterie ist vollständig vom
Pumpenmotor getrennt -, ca. 33%, ca. 67% und 100% – Direktankopplung
der Batterie an den Pumpenmotor – vorhanden sind.
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Durch die beschriebene erfindungsgemäße Steuereinrichtung
kann die der Batterie entnommene elektrische Leistung besser an
die in den ver schiedenen Einsatzfällen benötigte mechanische Leistung angepasst
werden und damit eine Batteriestandzeit verlängert werden.
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Weiters ist es möglich, die Motoreingangsspannung
an eine bestimmte Betriebsart anzupassen. Wenn keine besonders große Leistung
benötigt wird,
kann die Motoreingangsspannung abgesenkt werden, um die Batterie
zu schonen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung ist an der Steuereinrichtung ein Standardanschluss
vorgesehen, mit dem die Steuerschaltung mit einem entsprechenden
Niederspannungsanschluss an einem Kraftfahrzeug verbunden werden
kann. Dadurch kann die für
den Betrieb der Pumpe benötigte
Leistung aus einem Kraftfahrzeugbordnetz entnommen werden.
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Über
die Steuereinrichtung kann auch ein Ladevorgang für einen
wiederaufladbaren Akkumulator gesteuert werden. Es kann beispielsweise
eine Anpassung an unterschiedlich große Gleichspannungen vorgenommen
werden. Des weiteren ist es möglich,
einen Anschluss für
ein Netzkabel vorzusehen und das Schaltelement mit einem weiteren
Teil der Steuerschaltung als Ladegerät mit Gleichrichter auszubilden.
So könnte
ein Akkumulator an einem Netzanschluss geladen werden.
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Diese und weitere Merkmale gehen
außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
Ausführungen
darstellen können.
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Nachfolgend wird ein praktisches
Ausführungsbeispiel
anhand der schematisch 1 bis 3 näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung von Komponenten einer erfindungsgemäßen Pumpe;
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2 ein
Blockschaltbild einer Steuerschaltung aus einer in 1 dargestellten Steuereinrichtung;
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3 ein
Diagramm zur Darstellung von Druck- und Wirkungsgradkennlinien bezogen
auf eine Durchflussmenge für
unterschiedliche Einstellungen eines Übertragungsverhältnisses.
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Detaillierte
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
eine herkömmliche
Pumpe 1, die beispielsweise als Tauchpumpe ausgeführt ist,
mit einem Pumpengehäuse 1.1 und
einem längenverstellbaren
vertikalen Auslaufrohr 1.2. Anstelle des Auslaufrohres 1.2 können auch
andere Leitungsarten an einen entsprechenden Anschluss am Pumpengehäuse 1.1 angeschlossen
werden. Innerhalb des Pumpengehäuses 1.1 ist
ein nicht dargestellter Pumpenmotor angeordnet, der über eine
Versorungsleitung 1.3, die mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 2 verbindbar
ist, von der Steuereinrichtung 2 mit Energie versorgt wird.
Die Steuereinrichtung 2 ist zur besseren Darstellung der
Anschlüsse
gegenüber
einer Betriebslage in umgekehrter Position dargestellt.
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Die Steuereinrichtung 2,
welche allgemein wasserdicht ausgeführt sein kann, umfasst im dargestellten
Ausführungsbeispiel
einen Ausgangsanschluss 2.1, der als elektrische Anschlussbuchse ausgeführt ist.
Sie ist über
den Gegenanschluss 1.4 mit der Versorgungsleitung 1.3 verbindbar,
um den Pumpenmotor mit Energie zu versorgen. Des weiteren sind ein
Bedienelement 2.2 zum Einstellen einer für einen
Einsatzfall der Pumpe benötigten
Leistungsabgabe, ein Eingangsanschluss 2.3 für eine externe
Energieversorgung der Steuereinrichtung 2, der als Buchse
zum Anschluss eines Ladegeräts ausgeführt ist,
und ein in der dargestellten Stellung nach hinten um ca. 90° ausklappbaren
Haken zum Einhängen
der Steuereinrichtung an eine Behälterwand und ein Gehäuse 2.5 vorgesehen.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, sind innerhalb des
Gehäuses 2.5 der
Steuereinrichtung 2 eine als Pulsweitenmodulator ausgeführte Steuerschaltung 2.6 mit
einem Schaltelement 2.7, und eine wiederaufladbare Batterie 2.8 angeordnet,
die wie dargestellt über
entsprechende elektrische Verbindungen mit einander verschaltet
sind. Das Schaltelement 2.7 ist vorzugsweise als elektronisches
Schaltelement ausgeführt,
beispielsweise als Feldeffekttransistor.
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In dem dargestellten einfachen Ausführungsbeispiel
wird mit dem Bedienelement 2.2 ein bestimmtes Tastverhältnis in
der Steuerschaltung 2.6 eingestellt, mit dem die Steuerschaltung 2.6 das Schaltelement 2.7 mittels
entsprechender Taktsignale ein- und ausschaltet.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, sind zur Vereinfachung
der Leistungsabgabeeinstellung Bezeichnungen vorgesehen, die eine
Stellung '0' – Tastverhältnis 0% bzw. Pumpe ist ausgeschaltet
-, eine Stellung '1' – Tastverhältnis ca. 33% -, eine Stellung '2' – Tastverhältnis ca.
67% – und
eine Stellung '3' – Tastverhältnis 100% bzw. Direktverbindung
der Batterie mit dem Pumpenmotor – bezeichnen.
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Die Maximalleistungsabgabe – 100% – ist beispielsweise
für einen
Einsatzfall der Pumpe als Regner vorgesehen, bei dem ein hoher Druck
und ein großer
Durchfluß benötigt wird.
Eine mittlere Leistungsabgabe – 67% – ist beispielsweise
für einen Einsatzfall
der Pumpe als Gießbrause oder
als Spritze vorgesehen, bei dem ein mittlerer Druck und ein mittlerer
Durchfluß benötigt wird.
Eine niedrige Leistungsabgabe – 33% – ist beispielsweise
für einen Einsatzfall
der Pumpe zum Befüllen
von Gießkannen oder
für andere
Wasserentnahmen vorgesehen, bei welchen ein niedriger Druck an einem
Pumpenausgang benötigt
wird.
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Entsprechend des vom Benutzer mit
dem Bedienelement 2.2 eingestellten Tastverhältnisses wird
die Motoreingangsspannung von typischerweise 12 Volt in der Stellung '1' auf 8 Volt und in der Stellung '2' auf 10 Volt herabgesetzt. Dabei sind
die Stufen vorteilhaft in aufsteigender Leistungsfolge angeordnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das für den
Benutzer zugängliche
am Steuereinrichtungsgehäuse 2.5 angeordnete
Bedienelement 2.2 als Drehschalter mit festen Raststellungen
ausgeführt, über welches
die Leistungsabgabe für
den Pumpenmotor aus der Batterie 2.8 in mehreren diskreten
Stufen einstellbar ist. Selbstverständlich kann auch ein Bedienelement
verwendet werden, mit dem die Einstellungen kontinuierlich ohne
diskrete Stufen vorgenommen werden und damit die Leistungsabgabe
ebenfalls kontinuierlich einstellbar ist.
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Der am Ende der elektrischen Versorgungsleitung 1.3 angeordnete
Gegenanschluss 1.4 ist vorzugsweise als Stecker ausgeführt, welcher
nicht in eine Netzspannungssteckdose passt. Der Stecker kann aber
so ausgelegt sein, dass er auf einen gängigen 12-Volt-Anschluß passt
und so beispielsweise an ein Kraftfahrzeugbordnetz angeschlossen
werden kann, so dass die Pumpe auch ohne die Steuereinrichtung und
ohne eigenen Akku betreibbar ist. Desgleichen kann der Eingangsanschluss 2.3 zum
Aufladen der Batterie 2.8 so ausgeführt sein, dass er außer mit
einem Ladegerät über eine
entsprechende Verbindungsleitung auch mit einem Kraftfahrzeugbordnetz
verbunden werden kann. So ist die vom Kraftfahrzeugbordnetz abgegebene
Leistung mit der Steuerschaltung 2.6 ebenfalls einstellbar.
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Anstelle der skizzierten Pumpe kann
jede beliebige bekannte 12-Volt-Gleichstrompumpe
an die Steuereinrichtung angeschlossen sein.
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3 zeigt
ein Diagramm, in welchem – bezogen
auf die Durchflussmenge – Druckverläufe und Wirkungsgradverläufe (n)
für unterschiedliche
Einstellungen der Steuereinrichtung (Motoreingangsspannung ist 8
Volt, 10 Volt, 12 Volt) eingetragen sind über der Durchflußmenge.
Entlang der Druckverlaufskurven sind noch Werte für die Batterieströme an ausgewählten Messpunkten
angegeben. Als Elektromotor wird allgemein vorteilhaft ein Standard-Gleichstrommotor
verwendet, in diesem Beispiel kann es ein Mabuchi RS-555SH-4525
sein.