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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Warmwasserbereiter, der vorzugsweise
elektrisch betrieben wird.
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In
bekannter Weise werden Strahlregler regelmäßig am Ende eines Wasseranschlusses,
insbesondere am Wasserauslass eines Wasserhahns angeordnet. In bekannten
Bauformen handelt es sich bei derartigen Strahlreglern um einen
ringförmigen Einsatz
mit einem oder mehreren Siebkörpern,
wie z.B. in der
DE PS 1 093 740 .
Beim Durchlaufen dieser Anordnung innerhalb des Strahlreglers mischt sich
einem fließenden
Wasserstrahl Luft bei und sorgt damit für einen regelmäßigen, weichen
Wasserstrahl. Ein derartiger Wasserstrahl spritzt dann nicht mehr,
sondern er perlt, was von einem Anwender als angenehmer empfunden
wird. Zudem spart ein belüfteter
Wasserstrahl Energie und auch Wasserkosten dadurch ein, dass ein
belüfteter
Wasserstrahl gegenüber
einem unbelüfteten
mehr Volumen einnimmt. Zum Erzielen einer im Wesentlichen gleichen
Wirkung wird daher durch einen Anwender vergleichsweise weniger
Wasser verbraucht, da ein Wasserauslassventil bzw. Wasserhahn weniger
weit geöffnet
wird.
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In
früher
gebräuchlichen
Strahlreglern wurden Metallsiebe verwendet, die jedoch leicht verkalken.
Anstelle von Metallsieben werden heute regelmäßig Kunststoffsiebe verwendet,
deren Verstopfungsneigung wesentlich geringer ist. Jedoch müssen auch
diese in Abhängigkeit
eines jeweiligen Härtegrades
des Wassers gereinigt oder ausgetauscht werden.
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Neben
der Neigung zur Verkalkung besteht ein weiterer Nachteil bekannter
Strahlregler darin, dass eine Belüftungswirkung eines Wasserstrahls erst
ab einer Mindestströmungsgeschwindigkeit
einsetzt. Für
eine ausreichende Belüftung
eines Wasserstrahls ist somit ein ungefähres Minimum einer Durchflussmenge
vorgegeben, bei deren Unterschreitung keine wesentliche Belüftung mehr
stattfindet. In Wassernotstandsgebieten, wo Trinkwie Brauchwasser
als rares Gut sehr sparsam zu verwenden ist, aber auch in vielen
Ländern
der Welt mit vergleichsweise schwach ausgebildeter Wasser-Infrastruktur
ist ein Wasserdruck häufig
so niedrig, dass ein zufriedenstellender Betrieb bekannter Strahlregler
und eine entsprechende Belüftung
eines austretenden Wasserstrahls nicht gewährleistet ist. So ist es in
den angesprochenen Problemregionen auch insbesondere kaum möglich, eine
als komfortabel befundene Dusche zu nehmen.
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Aus
der
DE 37 16 336 A1 geht
die Anordnung einer Wasserstrahlpumpe in einer Kaltwasserzulaufleitung
eines Heißwasserspeichers
hervor, die über
ein Rückschlagventil
während
des Durchfließens
von Wasser Luft ansaugt. Zweck der Anbringung dieser Wasserstrahlpumpe
ist die Vermeidung des durch Wärmeausdehnung
entstehenden Tropfwassers.
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In
der
DE 296 15 925
U1 hat die Anmelderin an einen Warmwasserbereiter anschließend die
Anordnung einer Wasserstrahlpumpe zwischen einer Zapfarmatur und
einer Duschleitung vorgeschlagen. So soll ohne Aufwendung von Fremdenergie
oder Hilfsaggregate einem Wasserstrom Luft aus der Umgebung beigemischt
werden. Im Ergebnis soll einem Benutzer einer derartig ausgebildeten
Duschvorrichtung stets das Gefühl
einer ausreichend großen
Wassermenge vermittelt werden.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Warmwasserbereiter
mit mindestens einem Kaltwasser-Zulauf und einem Warmwasser-Auslass
und einem Mittel zur Einstellung einer Temperatur und/oder Wassermenge
(Steuerungs-Regelungseinrichtung) zu schaffen, der eine gegenüber der
Vorrichtung gemäß der
DE 296 15 925 U1 verbesserte
Betriebssicherheit aufweist und dennoch auch bei geringem Wasserdruck
und/oder Wasserdurchflussmengen, die z.B. in Folge kleiner Anschlussleitungsdurchmesser
nur sehr gering sind, eine verbesserte Belüftung eines austretenden Wasserstrahls
sicherstellen kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst
ein Warmwasserbereiter eine nach dem sogenannten Venturi-Prinzip
arbeitende Düse
bzw. Wasserstrahlpumpe, die an einem Lufteinlass mit einem Ventil, vorzugsweise
einem Einwege-Sicherheitsventil oder Magnetventil versehen ist.
Eine Venturi-Düse
besteht aus einem in die Wasserleitung eingesetzten glattwandigen
Rohrstück
mit zwei gegeneinander gerichteten Konen. Diese Konenstücke vereinen
sich in einem Mittelbereich bei einer Verengung bzw. einem gegenüber den
angrenzenden Rohrbereichen geringsten Durchmesser. Wenn eine derartige
Düse von
einer Flüssigkeit,
wie beispielsweise Wasser, durchströmt wird, so verändert sich
der in diesem Rohrabschnitt herrschende Druck gemäß dem Gesetz
von Bernoulli. Demnach ist an der engsten Stelle des beschriebenen
Rohraufbaus ein dynamischer Druck bzw. Staudruck maximal, und der
statische Druck bzw. Ruhedruck ist minimal. Weil aus Gründen der
Massenerhaltung innerhalb des Rohrabschnitts überall dieselbe Flüssigkeitsmenge
fließt,
steigt die Geschwindigkeit des fließenden Wassers im Verhältnis der
Querschnitte beim Durchströmen
des eingeschnürten
Teils an. Gleichzeitig sinkt der Druck im Abnahmerohr bzw. in dem
direkt an die Einschnürung angeordneten
zweiten Rohrabschnitt. Die so entstehende Sogwirkung wird nun an
einem Lufteinlass in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ansaugen
von Luft aus der Umgebung und deren Einmischung in den austretenden
Wasserstrom genutzt. Im Bereich des Lufteinlasses ist ein Lufteinlassventil mit
der vorstehend beschriebenen Düse
fest verbunden. Dieses Einlassventil ist als ein Einwege-Sicherheitsventil
ausgebildet und öffnet
sich nur in Folge einer Saugwirkung der vorstehend beschriebenen
Düse. Bei
bekannten Vorrichtungen kann hingegen Wasser im Bereich des Lufteinlasses
austreten und so beispielsweise zu Verbrühungen oder als Leckage zu
elektrischen oder sonstigen Sicherheitsproblemen führen. Diese
Punkte werden durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung ausgeschlossen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Wasserstrahlpumpe an einem Warmwasser-Auslass
angeordnet. Damit ist sichergestellt, dass insbesondere bei direkter
Temperaturregelung über
eine Beheizung des Wassers ohne nachfolgende Zumischung von Kaltwasser
keine zusätzliche
Luft in den Bereich von elektrischen Heizstäben oder Heizschlangen eines
Brennraums etc. gelangt, um dort durch Anlagerung und/oder Ansammlung
zu punktuellen Überhitzungen
führen
zu können.
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Ferner
wird bevorzugt, dass ein Stift durch einseitige Beaufschlagung mit
Unterdruck in dem Einwege-Sicherheitsventil gegen eine Federbelastung
von Dichtungsringen zu der Düse
hin nach innen gezogen wird, so dass Luft durch das Einlassventil
in die Düse
fließen
kann. Falls aber unter abnormalen, fehlerhaften Betriebsbedingungen
Wasser in Richtung des Sicherheitsventils fließen sollte, wird dieser Stift
nach außen
gedrückt.
Er schließt
damit das Sicherheitsventil in einem Fehlerfall abdichtend, so dass
kein Wasser aus dieser Anordnung von Venturi-Düse mit Sicherheitsventil austreten
kann. Diese Eigenschaft eines Sicherheitsventils ist besonders wichtig,
da andernfalls austretendes Wasser in unmittelbarer Nähe zu strom führenden
Elementen des Warmwasserbereiters zu sehr gefährlichen Situationen führen kann.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die Einheit aus Venturi-Düse
und Sicherheitsventil mit einem mechanischen Ein-/Ausschalter verbunden.
Vorzugsweise erfolgt diese Kopplung der Elemente über einen
mit einem Lufteinlass des Sicherheitsventils verbundenen Schlauch
oder eine sonstige druckfeste Leitung. Durch diesen Schalter kann
jede Luftzufuhr in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung blockiert werden,
so dass nach Wahl eines Anwenders durch einfachen Knopfdruck im
Bereich der Venturi-Düse
auch keinerlei Luftbeimischung erfolgt. Damit zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung
nach dieser Ausführungsform
auch durch eine erweiterte Funktionalität aus. Aus dem Stand der Technik
ist bislang nur für Duschbrausen
mit integrierter Venturi-Düse
bekannt, im Bereich eines Lufteinlasses durch mindestens teilweise
Abdeckung von Hand bzw. durch einen Finger eine entsprechende Abschaltung
zu bewirken, siehe z.B.
DE
691 25 028 T2 . In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass
ein reines Ein- oder
Ausschalten ohne Zwischenstufen i.d.R. ausreichend ist. Diese Funktionalität wird in
der vorliegenden Ausführungsform der
Erfindung in technisch zuverlässiger
und zudem leicht bedienbarer Form realisiert.
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In
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
findet ein erfindungsgemäßer Warmwasserbereiter
mit einer Einheit aus Venturi-Düse
mit Sicherheitsventil und Ein-/Ausschalter in einem elektrischen
Durchlauferhitzer Verwendung. Von derartigen Durchlauferhitzern
aller denkbaren Ausführungsformen,
also insbesondere von gas- oder elektrisch betrieben Warmwasserbereitern,
sowie Warmwasserspeichern und Solar-Wassererhitzern etc. ist bekannt,
dass sie Wasser bei nur geringem Wasserdruck und häufig auch
geringer Wasserdurchflussmenge abgeben. In be kannten Armaturen sind
unter den genannten Randbedingungen für einen Anwender keine komfortablen
Duschen zu garantieren. Unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
innerhalb des hydraulischen Kreises nach einem eigentlichen Wassererhitzer
ergibt sich jedoch ein deutlich verbesserter Duschkomfort mit einfacher Handhabung
durch gezielte Luftanreicherung und Wasserdurchmischung auch bei
geringem Wasserdruck und reduzierter Durchflussmenge. Durch die im
Wasserstrahl nun enthaltene Luft sinkt der Wasserdurchfluss, so
dass sich bei gleicher elektrischer Leistung an einem Durchlauferhitzer
eine Auslauftemperatur erhöht.
Im Umkehrschluss kann daher eine Anschlussleistung sogar verringert
werden, ohne das am Wasserauslauf ein duschender Anwender eine Temperaturänderung
bemerken würde. Ohne
Komforteinbußen
ist daher auch ein Energieeinspareffekt neben einem Wasserspareffekt
realisierbar.
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Auch
wenn dies im Folgenden nicht weiter dargestellt wird, so kann eine
Einheit aus Venturi-Düse
mit Sicherheitsventil und Ein-/Ausschalter auch außerhalb
eines Warmwasserbereiters Verwendung finden. Insbesondere gilt dies
für Armaturen,
die einem Warmwasserbereiter nachgeschaltet sind. Eine erfindungsgemäße Einheit
aus Wasserstrahlpumpe, Sicherheitsventil und Ein-/Ausschalter ist damit nicht auf den
Einsatzfall in einem Warmwasserbereiter beschränkt.
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Der
Warmwasserbereiter verfügt
in einem weiteren Aspekt über
eine gezielte strahl- oder spritzwasserdichte Luftzufuhr. Hierzu
eignen sich insbesondere im Kunststoffteil von Rückwand und/oder Kappe des Warmwasserbereiter
angeordnete Labyrinthe in Schnecken- oder Mäanderform. Hiermit wird vermieden,
dass bei üblicherweise
strahlwasserdichten Gehäusen
von Warmwasserbereitern durch das Absaugen von Luft ein Unterdruck
im Gerät
entsteht.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
mit Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeichnung angegeben. In der
Zeichnung zeigen:
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1:
eine prinzipielle Draufsicht auf einen geöffneten elektrischen Warmwasserbereiter
mit einer im Gerät
im Bereich eines Warmwasser-Auslasses integrierten Einheit von Wasserstrahlpumpe
mit Einwege-Sicherheitsventil und einem über einen Luftzufuhrschlauch
an das Sicherheitsventil angeschlossenen Ein-/Ausschaltelement;
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2:
eine Schnittzeichnung durch eine zum Einbau in ein Wasserleitungssystem
ausgebildete Venturi-Düse
mit im Bereich eines Lufteinlasses angeordnetem Einwege-Sicherheitsventil;
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3a und 3b:
Ansichten und Schnittzeichnungen der zwei wesentlichen Bestandteile
einer Wasserstrahlpumpe;
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4:
eine Schnittdarstellung eines Ein-/Ausschalters zur Freigabe oder
Sperrung einer Luftzufuhr;
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5a:
das Sicherheitsventil gemäß 1 in
einer vergrößerten Darstellung
bei ordnungsgemäßem Betrieb
mit Luftdurchlass in Folge eines wirksamen Unterdrucks;
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5b:
das Einwege-Sicherheitsventil von 5a in
einem in Folge eines Fehlerzustandes der Anordnung abdichtend geschlossenen
Zustand;
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6:
eine skizzierte Darstellung der Anordnung gemäß Figur 1 mit aufgesetztem
Luftzufuhrschlauch in einem regulären Betriebszustand in einer Einbaulage.
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Über die
verschiedenen Abbildungen hinweg werden nachfolgend einheitliche
gleiche Bezugsziffern und Bezeichnungen für gleiche Teile oder Funktionsbaugruppen
verwendet.
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1 zeigt
eine prinzipielle Draufsicht auf einen geöffneten elektrischen Warmwasserbereiter 1 mit
einem Kaltwasser-Zulauf 2 und
einem Warmwasser-Auslass 3. Der Kaltwasser-Zulauf 2 mündet in
einen Heiztank 4, durch den unter Regelung durch Mittel 5 zur
elektrischen Einstellung einer Temperatur und/oder abzuführender
Wassermenge Wasser zu dem Warmwasser-Auslass 3 geführt wird.
Als Erweiterung gegenüber
bekannten Vorrichtungen ist in dem Warmwasserbereiter 1 im
Bereich des Warmwasser-Auslasses 3 eine Einheit aus einer
Wasserstrahlpumpe 6 mit einem Einwege-Sicherheitsventil 7 integriert.
Diese Einheit ist über
einen an einen Lufteinlass 8 des Sicherheitsventils 7 angeschlossenen Luftzufuhrschlauch 9 mit
einem Ein-/Ausschaltelement 10 verbunden.
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2 stellt
eine Schnittzeichnung durch eine Venturi-Düse mit dem im Bereich eines
Lufteinlasses 12 angeordneten Einwege-Sicherheitsventil 7 dar. Diese
Anordnung ist zum Einbau in ein Wasserleitungssystem oder einen
Warmwasserbereiter 1 gemäß 1 ausgebildet.
Zu einem im folgenden dargestellten Einbau in einem Warmwasserbereiter 1 wird
eine weite Öffnung 13 eines
sich konisch verjüngenden
Hohlkegelabschnitts 14 mit einem Wasserauslass-Rohrstück 15 verbunden.
Der Hohlkegelabschnitt 14 ist im Bereich der Öffnung 13 selber
abdichtend mit einem zylindrischen Grundkörper 16 verbunden.
Dabei ragt der Hohlkegelabschnitt 14 in eine erste Ausnehmung 17 des
Grundkörpers 16 hinein.
Die erste Ausnehmung 17 mündet an einem nicht mit dem
Hohlkegelabschnitt 14 in Kontakt stehenden Abschnitt in
eine sich konisch verjüngende zweite
Ausnehmung 18 ein, die über
eine verengte Passage 19 in eine sich konisch weitende
dritte Ausnehmung 20 ausläuft. Im Bereich der ersten
Ausnehmung 17 ist der Grundkörper 16 zur Ausbildung
des Lufteinlasses 12 nach außen hin durch eine senkrecht
zur Rotationsachse M verlaufende Ausnehmung 22, hier eine
Bohrung, durchbrochen.
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Die
Abbildungen der 3a und 3b verdeutlichen
als Explosionsdarstellungen seitlicher Ansichten und Schnittzeichnungen
den einfachen Aufbau der zwei wesentlichen Bestandteile Hohlkegelabschnitt 14 und
Grundkörper 16 der
Wasserstrahlpumpe 6. Als Drehteile in Messing gefertigt
werden sie im vorliegenden Beispielfall durch Löten miteinander dauerhaft und
abdichtend verbunden. Auch ein Verschrauben der Teile ist möglich.
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Im
Bereich der Ausnehmung 22 ist nach außen hin abdichtend das Einwege-Sicherheitsventil 7 angeordnet,
wie in 2 dargestellt. In einem hohlzylindrischen Gehäuse 24 des
Einwege-Sicherheitsventils 7 ist ein Stift 25 gegen
die Rückstellkraft
eines Federelements 26 verschieblich gleitend gelagert.
Im Fall einer Beaufschlagung des Einwege-Sicherheitsventils 7 mit
einem Unterdruck einer u.a. über
das Federelement 26 einstellbaren Größe wird ein Dichtungskopf 27 des
Stifts 25 aus einem Luft- und flüssigkeitsdichten stationären Endanschlag 28 heraus auf
die Ausnehmung 22 im Grundkörper 16 der Wasserstahlpumpe
hin bewegt.
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Jenseits
des durch das hohlzylindrische Gehäuse 24 gebildeten
Endanschlags ist unter Verwendung von O-Ringen eine Schlauchanschluss-Kappe 29 aufgeschraubt.
Dabei ist in dieser Ausführungsform
der Erfindung auf den Einsatz von Standardteilen großer Wert
gelegt worden. Zur Verminderung der zusammenzuset zenden Einzelteile
kann aber auch ein Aufbau von Sonderteilen aus Messing-Guss mit
Nachbearbeitung als Drehteil in Betracht gezogen werden.
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Die
Funktion des Einwege-Sicherheitsventil 7 ist in den Abbildungen
der 4a und 4b in
einer vergrößerten Darstellung
skizziert wiedergegeben. Das Einwege-Sicherheitsventil 7 gemäß 2 lässt bei
ordnungsgemäßem Betrieb
in Folge eines wirksamen Unterdrucks Luft zwischen dem Dichtungskopf 27 des
Stifts 25 und dem Endanschlag 28 hindurch. 4b zeigt das Einwege-Sicherheitsventil 7 von 4a in einem in Folge eines Fehlerzustandes abdichtend
geschlossenen Zustand: Hier ist Wasser über die Ausnehmung 22 des
Lufteinlasses 12 aus der Wasserstrahlpumpe 6 ausgetreten.
Jedes weitere Ausfließen
von Wasser wird nun im Bereich des Einwege-Sicherheitsventils 7 unterbunden.
Hierdurch wird die Sicherheit der gesamten Vorrichtung auch im Fall
einer Störung
sichergestellt.
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Die
Abbildung von 5 zeigt eine Schnittdarstellung
eines Ein-/Ausschaltelements 10 zur Freigabe oder Sperrung
einer Luftzufuhr. Nach Art eines Kugelschreiber-Mechanismus wird
in dem Ein-/Ausschaltelement 10 durch einen außerhalb
eines Gehäuses
von einem Anwender durch Drücken zu
bedienenden Drücker 31 ein
durch eine Druckfeder 32 belasteter und in einer Führung zwischen
zwei Positionen längsverschieblicher
Stab 33 mit endseitigen Dichtungen 34, 35 bewegt.
In einer über
den Drücker 31 stabil
rastenden Position kann Luft von einer Ansaugöffnung 36 her außenseitlich
an dem Stab 33 und der Dichtung 35 vorbei zu einem
Luftauslassstutzen 38 gelangen. In der Stellung von 5 ist kein Luftfluss möglich. Dichtung 34 dichtet
den Stab 33 und den Luftauslassstutzen 38 gegen
Fremdluft ab, die z.B. über
den Drücker 31 in
das Innere des Ein-/Ausschaltelements 10 gelangen
könnte.
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6 zeigt
in skizzierter Darstellung der Anordnung gemäß 2 mit einem
aufgesetzten Luftzufuhrschlauch 9 in einem regulären Betriebszustand in
einer Einbaulage innerhalb des Warmwasserbereiters 1 gemäß 1.
Demnach strömt
Wasser vorgegebener Menge und Temperatur aus dem Warmwasser-Auslass 3 über das
Wasserauslass-Rohrstück 15 in
den Hohlkegelabschnitt 14 der Wasserstrahlpumpe 6.
Beim Übertritt
des hier sehr schnell fließenden Wassers
aus dem Ende des Hohlkegelabschnitts 14 durch die sich
konisch verjüngende
zweite Ausnehmung 18 des zylindrischen Grundkörpers 16 wird
ein Unterdruck gebildet, der Außenluft
entlang der gestrichelt dargestellten Linie aus dem Luftzufuhrschlauch 9 durch
das Einwege-Sicherheitsventil 7 und die erste Ausnehmung 17 des
Grundkörpers 16 hindurch ansaugt.
Diese Außenluft
wird im Übergang
in die verengte Passage 19 mit dem Wasserstrom vermischt,
der als gut belüfteter
Strahl die sich konisch weitende dritte Ausnehmung 20 der
Wasserstrahlpumpe 6 verlässt und in ein Anschlussrohr 30 weitergeleitet
wird.