用于在低体积流量下功率优化地运行电动驱动的泵的方法

摘要

本发明涉及一种用于在液压系统中在非常低的体积流量（Q）的情况下功率优化地运行电动驱动的泵的方法，其中，依据所述体积流量（Q）沿着预先设定的特性曲线（K）调节所述泵的额定扬程（H）。当所述体积流量（Q）低于基准值（Q_ref）时，所述额定扬程（H）相对于预先设定的所述特性曲线（K）下降，所述基准值最大为在所述特性曲线（K）上的最大体积流量（Q_max）的十分之一、优选二十分之一，其中，只要在所述体积流量（Q）低于所述体积流量基准值（Q_ref）并且扬程最小值（H_min）还未达到时，就进行所述下降。此外，本发明涉及一种带有控制和调节电子装置的电动驱动的泵，所述控制和调节电子装置设计为用于实现根据本发明的方法，以及涉及一种具有指令的计算机程序产品，所述指令用于执行所述用于运行电动驱动的泵的方法，当在所述泵的控制和调节电子装置中实现所述方法时。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在非常低的体积流量的情况下在液压系统中 功率优化地运行电动驱动的泵的方法，其中，依据体积流量沿着特性 曲线调节泵的额定扬程。此外，本发明涉及一种带有控制和调节电子 装置的电动驱动的泵，所述控制和调节电子装置设计为用于实现根据 本发明的方法。最后，本发明涉及一种具有用于执行根据本发明的方 法的指令的计算机程序产品，当在泵的控制和调节电子装置中执行所 述方法时。

背景技术

泵沿着预设的特性曲线的调节是已知的。在这种情况下应用所谓 的Δp-c特性曲线，在该特性曲线中泵在体积流量上的额定扬程保持不 变。此外，所谓的Δp-v特性曲线是已知的，其中，所述泵的调节根据 额定扬程与体积流量的线性关系进行。Δp-v特性曲线根据液压系统的 体积流量需求与泵的液压功率相匹配。

在这类特性曲线调节的情况下不利的是，泵的额定扬程在系统中 的阀闭合的情况下，也就是说在体积流量等于零的情况下不匹配于设 备的实际的液压需求。更确切地说，调节特性曲线限定用于大于零的 体积流量并且仅能够应用在那里。此外如果观察在H/Q曲线图中的调 节特性曲线，那么在调节特性曲线朝曲线图的H轴线几何延长时，存 在与上述轴线的交点，所述交点在体积流量等于零的情况下导致对于 泵而言相对高的额定扬程。因此所述泵向着在设备中闭合的阀输送， 由此不必要地消耗功率。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于在液压系统中运行电动驱动 的泵的方法，使得在泵的体积流量非常低的情况下能够实现泵的功率 优化的、高效节能的运行。

所述目的通过具有权利要求1所述的特征的方法得以实现。在从 属权利要求中给出本发明的有利的改进方案。

根据本发明，为了在液压系统中在体积流量非常低的情况下功率 优化地运行电动驱动的泵，其中，依据体积流量沿着预先设定的特性 曲线来调节额定扬程，提出，当体积流量低于基准值时，额定扬程相 对于预先设定的特性曲线降低，所述基准值最大为在特性曲线上的最 大体积流量的十分之一，优选为所述最大值的二十分之一，其中，只 要体积流量低于体积流量基准值且扬程最小值还未达到，则进行所述 降低。

根据本发明的方法的基础思想在于，在非常低的体积流量的情况 下进行泵的额定扬程的降低，也就是说，在所述低的体积流量脱离在 原本预设的调节特性曲线上的调节，并且代替于此，适宜地控制地减 小泵的输出功率，其中，下级的特性曲线调节可以是继续有效的。泵 的额定扬程的降低能够通过减小为泵直接预设的扬程额定值来进行。 这例如能够通过降低泵的转速或者电驱动功率而进行。在这种情况下， 由泵控制装置为泵用马达直接预设确定的额定扬程。替选地，能够通 过减小确定特性曲线的特性曲线额定扬程来降低泵的额定扬程。所述 特性曲线额定扬程给出特性曲线在泵的特性曲线族中的位置。例如， 可以通过特性曲线与描述最大转速的曲线的交点来预设特性曲线额定 扬程。这意味着，根据本发明，泵的额定扬程的降低也能够如下实现， 即在低于体积流量基准值时将预设的特性曲线的位置向下移动。在这 种情况下由泵的控制装置为泵用马达直接预设确定的额定扬程，其中， 用于泵的扬程额定值直接来自下级的特性曲线调节。

在此，本发明的核心观点是，当体积流量等于零时，那么进行泵 功率降低，因为在这种情况下本来不需要泵的输出功率。然而如果泵 完全断开，那么系统不再能够观察并且不再能够对已改变的体积流量 需求做出反应。此外，由于在确定体积流量时的测量不准确性以及由 于在液压系统的阀处的不经意的泄露，适宜的是，不仅仅考虑体积流 量等于零的运行情况，而是更确定地说要限定下降区域，在所述下降 区域内执行根据本发明的方法。

所述下降区域通过体积流量基准值向上界定，所述体积流量基准 值最大为最大体积流量的十分之一，所述最大体积流量能够在预先设 定的调节特性曲线上达到。优选也能够应用较小的体积流量基准值， 例如为通过特性曲线限定的最大体积流量的二十分之一的基准值。通 过确定体积流量基准值，扬程不仅在Q=0l/h而且在0<Q<＝Q_ref的一 定的体积流量区域中降低。下面将所述区域称为下降区域。基准值优 选在10l/h至250l/h之间。因为加热体的典型的设计质量流量位于30l/h 至50l/h之间，借助基准值的为约10l/h的下限值确保在小的系统中充 分运行一个单独的热循环。在较大的系统中，基准值的较大的极限值 是有意义的，因为多个消耗器的同时运行导致约250l/h的较高的最低 运行，也就是说较高的确保同时处于运行中的消耗器的最小供电的最 低体积流量。

如果被液压系统需要的体积流量降低到低于基准值的值，那么根 据本发明，泵的额定扬程降低。这只要在体积流量低于基准值并且扬 程最小值还未达到时就进行。在下降区域中可以降低下级的特性曲线 调节的额定值或者直接降低泵的转速。在后一种情况下，所述泵以纯 控制的方式运行。

根据在液压系统中的阀处所需要的压力差来分配扬程最小值，以 便总体上体积流量能在系统中流过。在此要考虑的是，在液压系统中 可以应用重力制动器（Schwerkraftbremse），尤其是回流防止器，所 述重力制动器需要一定的开启压力，以便介质流动。当超过所述开启 压力时，重力制动器才能够允许相应的体积流量。因此有利的是，使 扬程最小值以泵的扬程至少必须是多高为依据，以便达到在液压系统 中的阀的开启压力。例如，依据设备的结构形式、尤其是所应用的回 流防止器，扬程最小值位于60cm至200cm之间。

这类扬程最小值的限定是必需的，以便能够保持观察在液压系统 中的体积流量。因为当泵的扬程低于所述最小值时，那么不会达到在 系统中的阀的开启压力并且由于液压阻力基于原理没有体积流量流 过，因此在泵这样运行时不能确定系统的调节阀是否或何时开启。如 果所述系统例如通过加热设备构成，那么通过开启阀、例如开启恒温 器阀不会引起泵的操控的改变，因为所述阀的开启保持为未被识别的。 当系统是用于冷却的空调系统时，则发生相同的情况。

如果所述额定扬程高于扬程最小值，则确保了，在系统中的至少 一个阀的开启能够引起所述体积流量相应地增加并且再次升高到体积 流量基准值之上。于是根据本发明，当体积流量升高至或已升高至体 积流量基准值之上时，额定扬程可以再次提高并且过渡到沿着特性曲 线的调节上。因此，在下降区域之外，泵的额定扬程再次提高，尤其 是连续地提高直至达到原始的调节特性曲线。

泵沿着其被调节的特性曲线可以是纯Δp-c特性曲线、纯Δp-v特 性曲线或可以是例如依据温度随时间变化的Δp-c或Δp-v特性曲线。 也就是说，特性曲线可以描述在体积流量和扬程之间的线性的、二次 的或恒定的关联和/或者可以随时间可变。

额定扬程的下降可以在连续的运行中以恒定的下降速度进行。在 下降之后，额定扬程的提高也能够在连续的运行中以恒定的升高速度 进行。优选扬程额定值的下降速度和升高速度可以选择为不同的。在 此特别有利的是，下降速度设置为小于升高速度。在升高的体积流量 需求的情况下，所述体积流量需求能够尽可能快地被供给。

如果体积流量低于基准值，那么额定扬程逐渐下降。这优选不通 过切换进行、而是连续地进行，从而在液压系统中不会出现非线性效 应，尤其是输送流的中断。

下降优选以恒定的下降速度进行。这意味着，系统的运行点位于 特性曲线族的下降区域中的时间越长，额定扬程就下降得越多。运行 点在H/Q曲线图中图解说明地在相应地当前的管道网络抛物线 （Rohrnetzparabel）上向下移动，直至在一定时间后最小的扬程被达 到。

在根据本发明的方法的一种有利的改进方案中，在达到扬程最小 值后以时钟脉冲的方式控制所述泵。在此，在第一扬程值和低于第一 扬程值的第二扬程值之间交替地切换。通过在第一和第二扬程值之间 切换，平均地调节到低于第一扬程值的扬程值。

在两个扬程值之间的切换优选以均匀的时钟脉冲进行。在此，泵 在第一时间段内在作为额定值的第一扬程值上运行。而在第二时间段 的持续时间内，在泵中调节到第二扬程值。

第二扬程值优选可以等于扬程值零。这意味着，泵在第二时间段 的持续时间内断开。在这种情况下，从第一扬程值出发实现泵的暂时 断开（零值时钟脉冲段）或周期性接通，因此实现了不连续的、但是 能量优化的运行。替选于此，第二扬程值可以是在扬程最小值和值零 之间的任一扬程值。

周期性地断开泵具有下述优点，即在泵中能够实现最大的能量节 约。与此相对，在高于扬程零的高度上的第二扬程值具有下述优点， 即确保了在整个管道网络（Rohrnetz）中提供足够的压力以便驱动体 积流量。因此，即使在低于扬程最小值的情况下所述系统也能够完全 地被观察。因为在第一扬程值和高于扬程值零的第二扬程值之间的时 钟脉冲的情况下能够防止，在系统的各部件中的质量流量由于非常低 的压力和可能的非线性的效应、如热绕流（thermischer Umtrieb）或 在重力制动器中的阀瓣的闭合而中断。

替选于确定的第二扬程值，所述第二扬程值也能够是可变的。因 此，根据本发明，在达到扬程最小值之后，泵的扬程优选可以如下进 一步平均地下降，即所述泵在作为第一扬程值的扬程最小值和第二扬 程值之间被时钟脉冲化，其中，第二扬程值逐渐减小。

特别有利的是，作为第一扬程值使用扬程最小值，因为泵从所述 最小的输送值的断开或者从所述最小的扬程值切换到第二扬程值上导 致最小的噪声水平。否则，可能感觉到由于接通或断开或者切换产生 的噪声并且可能导致最终消费者的相应的抱怨。

在第二时间段的持续时间内，也就是说当所述泵以第二扬程值运 行或断开时，液压系统不能被可靠地观察。这意味着，不能够获得系 统相关的体积流量信息。将泵再接通到扬程最小值上或者将泵切换到 所述值上确保了，所述系统变成再次可观察并且升高的体积流量需求 能够被确定。因此有利的是，至少在以第一扬程值运行泵的时间段期 间检查，体积流量是否升高至或已升高至体积流量基准值之上。

如果体积流量的检验中确定了所述体积流量升高至或已升高至体 积流量基准值之上，那么额定扬程再次提高并且过渡到沿着特性曲线 的调节上。在此优选进行到沿着特性曲线的调节的连续的、也就是说 无级的过渡，以便使功率平滑地与设备的实际需要相匹配。

优选在第一扬程值和第二扬程值之间以均匀的时钟脉冲切换，其 中，所述泵在10秒至120秒的时间段内以第二扬程值运行或断开。

通过激活扬程减小，与泵的持久地断开相比，在液压系统中总是 有少量的液体被输送，所述液体尤其是热水。因此，在恢复正常运行 时存在下述状态，从所述状态中能够连续地过渡到沿着特性曲线的正 常的正常运行中。

通过将泵的额定扬程降低和周期性地向下切换到最低的扬程值， 尤其是暂时断开所述泵，系统一方面保持能够被观察并且保持在以下 状态中，在该状态中，液压系统的调节机构能够自动地例如对通过饮 用水制备而提高的水温做出反应。通过提高的水温引入系统中的更多 的功率通过下降到扬程最小值上被及早补偿。

此外提出一种具有控制和调节电子装置的电动运行的泵，所述控 制和调节电子装置设计用于实现根据本发明的方法。最后，提出一种 具有用于执行根据本发明的方法的指令的计算机程序产品，当在泵的 控制和调节电子装置中实现所述方法时。

附图说明

下面借助于附图阐述根据本发明的方法的其它优点、特征和特性。 附图中示出：

图1具有Δp-v特性曲线和标记出的在额定扬程降低时的下降区 域的H/Q曲线图；

图2从下降区域至Δp-v特性曲线的过渡的H/Q曲线图；

图3泵的连续的运行到时钟脉冲的运行的过渡的视图，其中， 第二扬程值逐渐降低。

具体实施方式

图1示出具有电动驱动的泵的液压系统的H/Q曲线图1，所述液 压系统在这里是加热设备。附图标记2标记出在泵的最大转速下的位 于特性曲线上的运行点。所述泵在正常运行时在Δp-v特性曲线K上 调节，根据所述特性曲线，与系统的体积流量需求Q成线性关系地调 节额定扬程H。在泵的最大转速下，在特性曲线K上获得最大的体积 流量Q_max。这时的额定扬程H用H_soll标记并且等于特性曲线额 定扬程。

如果加热设备的运行点沿着特性曲线K朝较小的体积流量Q的方 向运动，并且体积流量Q达到基准值Q_ref，所述基准值为最大的体 积流量Q_ref的约5%，例如为150l/h，则泵的额定扬程H相对于特 性曲线K下降。于是，运行点移动到图1中加阴影的下降区域3中。 只要在体积流量Q低于体积流量基准值Q_ref并且扬程最小值H_min 还未达到时，就进行所述下降。

扬程最小值H_min分配为，使得在处于该扬程最小值时，正好克 服存在于加热系统中的阀和重力制动器的开启压力，也就是说，在恒 温器阀打开的情况下，能够存在体积流量。最小的扬程H_min在用于 单户至双户住宅的泵中例如典型地为约70cm，并且在用于更大的建筑 物的泵中为约1m。

在低于体积流量基准值Q_ref时，加热系统的运行点通过额定扬 程H的下降沿着未绘出的管道网络抛物线继续朝向较小的体积流量Q 的方向运动，直至到达最小扬程值H_min。连续地以恒定的下降速度 进行所述下降，以至于运行点留在下降区域3中的时间越长，额定扬 程H就下降得越多。

在连续的运行中不比最小的扬程H_min下降得更多具有下述优 点，即加热系统保持能够被观察到，因为在阀不完全关闭的情况下总 是能够存在至少最小的体积流量Q。下降速度例如可以是每分钟 10U/min。

如果所述额定扬程H下降为，使得达到扬程最小值H_min，那么 根据本发明过渡到加热循环泵的时钟脉冲的操控，也就是说，过渡到 不连续的运行，其中，在扬程最小值H_min和低于其的第二扬程值之 间交替地切换。

根据时钟脉冲比、即一方面扬程最小值H_min并且另一方面第二 扬程值存在的持续时长，平均地能够调节到扬程最小值H_min和所述 更低的第二扬程值之间的任意扬程值H。在相对慢的加热系统、例如 地板加热装置中，也可以在第二时间段内进行泵的断开。在此，当至 少在用扬程最小值H_min运行期间检查体积流量Q是否升高至或已 升高至体积流量基准值Q_ref之上时，加热系统既在扬程最小值 H_min和低于其的扬程值之间切换时也在暂时断开泵时保持为可被观 察到的。

如在图2中示出的，在这种情况下，额定扬程H连续地提高，其 中过渡到沿着特性曲线K的调节上。在此，升高速度选择为大于下降 速度，以便将泵的功率快速地匹配于所要求的体积流量Q。

图3示出具有逐渐降低的第二扬程值的泵从连续的运行到时钟脉 冲的运行的随时间的过渡。在时间点t=0时假定达到体积流量基准值 Q_ref。随后，泵的扬程H连续地降低到扬程最小值H_min上。如果 在时间点t1达到扬程最小值H_min，那么过渡到不连续的运行中并且 在第一扬程值和第二扬程值之间时钟脉冲地变换，也就是说，周期性 地切换。在此，切换时间选择为相同的。

第一扬程值等于之前达到的扬程最小值H_min。第二扬程值低于 所述扬程最小值并且逐渐降低，直至达到第二扬程最小值H_min2。 在如图3的示例中，只要还未达到第二扬程最小值，那么在每个新的 时钟脉冲中第二扬程值降低。替选地，也可以在多个时钟脉冲上保持 确定的第二扬程值。根据图3的实施方案具有下述优点，即液压系统 总是保持为能够被观察到，无论回流防止器是否存在于系统中。