-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserversorgungsanlage sowie ein Verfahren zur Reduzierung von Druckschwankungen in einem Wasserversorgungssystem.
-
Wasserversorgungsanlagen, die zum Teil auch Eigenwasserversorgungsanlagen oder Hauswasserwerke genannt werden, dienen beispielsweise dazu, ein Leitungsnetz mit Brauch- oder Trinkwasser zu versorgen.
-
Aus dem Stand der Technik sind Wasserversorgungsanlagen bekannt, in denen Wasser in einen Druckwasserbehälter gepumpt wird, in dem ein Gasvolumen komprimiert wird, um so einen Gegendruck aufzubauen. Dazu kann beispielsweise eine Membran das Wasser von dem Gasvolumen trennen.
-
Ein Nachteil dieser bekannten Wasserversorgungsanlagen ist, dass der Druckwasserbehälter aufgrund des zu komprimierenden Gasvolumens einen relativ hohen Platzbedarf aufweist.
-
Alternativ könnte eine Pumpe auch direkt ohne Druckwasserbehälter an das Leitungsnetz angeschlossen werden. Dies würde jedoch beim Entnehmen von Wasser aus dem Leitungsnetz zu einem starken Druckabfall führen, bis der Druck durch die anlaufende Pumpe wieder ansteigt. Solche schwankenden Druckbedingungen können die Lebensdauer oder Dichtigkeit von Installationen oder Leitungsverbindungen, insbesondere im Falle von Kunststoffleitungen oder Kunststoffverbindungen, negativ beeinflussen, sodass es zu Undichtigkeiten an Verbindungsstellen kommen kann.
-
Dokument
DE 14 59 543 A beschreibt eine Hauswasserpumpenanlage und eine entsprechende Steuereinrichtung. Es ist ein Kolben vorgesehen, der dazu dient, einen Zulauf zu verschließen beziehungsweise eine Zuleitung zu einem Druckschalter, der die Pumpe aktivieren kann, zu öffnen und zu verschließen. Es ist eine Druckfeder vorgesehen, die den Kolben in Richtung des Zulaufs drückt. Des Weiteren ist eine Druckfeder vorgesehen, die zwischen einem Ventilkegel und dem Kolben angeordnet ist, um die Kolbenstange gegen einen Anschlag innerhalb des Kolbens zu drücken.
-
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Wasserversorgung anzugeben, durch das Bauraum reduziert werden kann und das gleichzeitig Druckschwankungen beim Entnehmen von Wasser auf ein akzeptables Maß begrenzt.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, einen Pufferbehälter vorzusehen, an dem ein Kolben derart gelagert ist, dass er auf Wasser in dem Pufferbehälter eine Kraft ausübt, die einen Druckabfall in dem Pufferbehälter teilweise kompensieren kann.
-
Gemäß dem verbesserten Konzept wird eine Wasserversorgungsanlage angegeben, die einen Zulauf und einen Ablauf sowie einen mit dem Zulauf und dem Ablauf verbundenen Pufferbehälter aufweist. Die Wasserversorgungsanlage weist eine Pumpvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, Wasser, insbesondere direkt, von dem Zulauf zu dem Ablauf zu transportieren, insbesondere zu pumpen, und Wasser von dem Zulauf in den Pufferbehälter zu transportieren, insbesondere zu pumpen. Die Wasserversorgungsanlage weist einen Kolben auf, der derart gelagert ist, dass bei mit Wasser gefülltem Pufferbehälter, insbesondere bei vollständig mit Wasser gefülltem Pufferbehälter, das Wasser in dem Pufferbehälter eine erste Kraft auf den Kolben ausübt. Die Wasserversorgungsanlage weist eine Gegenkrafteinheit auf, die mit dem Kolben gekoppelt ist, um, insbesondere bei gefülltem Pufferbehälter, eine der ersten Kraft entgegengesetzte zweite Kraft auf den Kolben auszuüben.
-
Der Kolben kann die zweite Kraft dabei insbesondere auf das Wasser in dem gefüllten Pufferbehälter übertragen. Dazu kann der Kolben beispielsweise in direktem oder indirektem Kontakt mit dem Wasser stehen.
-
Bei vollständig gefülltem Pufferbehälter ist der Innendruck in dem Pufferbehälter, der zusammen mit einer dem Innendruck ausgesetzten Oberfläche des Kolbens, die Größe der ersten Kraft definiert, maximal. Bei maximalem Innendruck ist ein Betrag der ersten Kraft insbesondere größer oder gleich einem Betrag der zweiten Kraft. Der Kolben bewegt sich in diesem Fall also nicht.
-
Daraus folgt, dass bei sinkendem Innendruck in dem Pufferbehälter, also insbesondere beim Abfluss von Wasser aus dem Pufferbehälter, der Betrag der ersten Kraft kleiner wird und schließlich kleiner werden kann als der Betrag der zweiten Kraft, sodass der Kolben eine aus dem Kraftunterschied resultierende Bewegung in Richtung der zweiten Kraft durchführt und dadurch den Abfall des Innendrucks verringert, also insbesondere teilweise kompensiert.
-
Da nach dem verbesserten Konzept kein Gas komprimiert werden muss, beispielsweise über eine Membran zwischen dem Gas und dem Wasser, kann der Pufferbehälter zum einen kleiner dimensioniert sein und sein Aufbau kann weniger komplex sein.
-
Der mit dem Kolben gekoppelte Pufferbehälter kann Druckschwankungen durch das Abfließen des Wassers wenigstens teilweise ausgleichen, sodass, insbesondere bei Kunststoffinstallationen, eine längere Lebensdauer von Verbindungstellen der Installationen erzielt werden kann.
-
Die Gegenkrafteinheit ist dazu eingerichtet und angeordnet, insbesondere ausgehend von dem vollständig gefüllten Pufferbehälter, bei einem Abfluss von Wasser aus dem Pufferbehälter, insbesondere über den Ablauf, den Kolben mittels der zweiten Kraft zu bewegen. Der Kolben ist derart an dem Pufferbehälter angeordnet, dass durch die Bewegung des Kolbens ein für das Wasser zur Verfügung stehendes Volumen des Pufferbehälters verkleinert wird.
-
Mit anderen Worten liegt bei maximal gefülltem Pufferbehälter der maximale Innendruck in dem Pufferbehälter vor. Bei Druckabfall in dem Pufferbehälter wird die zweite Kraft größer als die erste Kraft, sodass die Bewegung des Kolbens resultiert.
-
Dadurch wird der Druckabfall im Inneren des Pufferbehälters begrenzt oder verzögert. Insbesondere wird dadurch eine Zeit zum Anlaufen der Pumpvorrichtung überbrückt, bis diese den Druck wieder erhöhen oder aufrechterhalten kann.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Wasserversorgungsanlage eine Schaltvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Pumpvorrichtung zu aktivieren, wenn Wasser aus dem Pufferbehälter, insbesondere durch den Ablauf, abläuft.
-
Bei aktivierter Pumpvorrichtung pumpt diese insbesondere Wasser von dem Zulauf zu dem Ablauf und von dem Zulauf in den Pufferbehälter. Dadurch wird der Innendruck in dem Pufferbehälter erhöht und die erste Kraft steigt entsprechend an, bis diese die zweite Kraft übersteigt, sodass sich der Kolben beispielsweise zurück in seine Ausgangsposition bewegt.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung eine Detektoreinheit auf, die dazu eingerichtet ist, eine Position des Kolbens oder eine Positionsveränderung des Kolbens zu erkennen.
-
Insbesondere kann die Position beziehungsweise Positionsveränderung des Kolbens als einfacher Indikator für eine Wasserentnahme dienen, sodass beispielsweise kein separater Durchflussmengensensor oder dergleichen im Ablauf oder Zulauf erforderlich ist.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung ein Schaltelement auf, insbesondere einen Schalter, und die Detektoreinheit ist dazu eingerichtet, das Schaltelement abhängig von der Position und/oder abhängig von der Positionsveränderung des Kolbens zu betätigen, um die Pumpvorrichtung zu aktivieren.
-
Beispielsweise kann die Detektoreinheit das Schaltelement betätigen, wenn die Position des Kolbens von einer Sollposition des Kolbens abweicht und/oder wenn eine Positionsveränderung des Kolbens auf eine Bewegung des Kolbens in Richtung der zweiten Kraft hinweist.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Gegenkrafteinheit ein Federelement auf, insbesondere eine Druckfeder, wobei das Federelement an dem Kolben angreift, um die zweite Kraft auf den Kolben auszuüben.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Gegenkrafteinheit ein Masseelement auf, das mit dem Kolben gekoppelt ist, sodass eine Gewichtskraft des Masseelements auf den Kolben übertragen wird, um die zweite Kraft zu erzeugen.
-
Ausführungsformen, in denen die Gegenkrafteinheit das Federelement aufweist, können insbesondere mit solchen Ausführungsformen, in denen die Gegenkrafteinheit ein Masseelement aufweist, kombiniert werden, sodass die zweite Kraft durch die Summe aus der Gewichtskraft des Masseelements und der Federkraft des Federelements erzeugt wird.
-
In Ausführungsformen, in denen die Gegenkrafteinheit das Masseelement aufweist, ist der Kolben insbesondere derart an dem Pufferbehälter befestigt, dass die Bewegungsrichtung des Kolbens bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Wasserversorgungsanlage vertikal ist, also parallel zur Richtung der Gewichtskraft des Masseelements.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Pumpvorrichtung einen Motor auf.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Pumpvorrichtung eine Pumpe auf, insbesondere eine Kreiselpumpe, beispielsweise eine Radialkreiselpumpe, die insbesondere mit dem Motor gekoppelt ist.
-
Der Motor treibt die Pumpe bei aktivierter Pumpvorrichtung, beispielsweise bei durch Betätigung des Schaltelements aktivierter Pumpvorrichtung, an, sodass diese das Wasser von dem Zufluss zu dem Abfluss beziehungsweise in den Pufferbehälter transportieren kann.
-
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Verfahren zur Reduzierung von Druckschwankungen in einem Wasserversorgungssystem angegeben. Dabei ist ein Kolben derart an einem Pufferbehälter gelagert, dass bei, insbesondere vollständig, mit Wasser gefülltem Pufferbehälter das Wasser eine erste Kraft auf den Kolben ausübt. Gemäß dem Verfahren wird der Kolben mit einer zweiten Kraft beaufschlagt, die der ersten Kraft entgegengesetzt gerichtet ist. Dem, insbesondere vollständig mit Wasser gefüllten, Pufferbehälter wird über einen Ablauf Wasser entnommen und ein für das Wasser zur Verfügung stehendes Volumen des Pufferbehälters wird verkleinert, indem der Kolben durch die zweite Kraft, also insbesondere durch eine aus einer vektoriellen Differenz zwischen der ersten und der zweiten Kraft, bewegt wird.
-
Hier und im Folgenden kann unter einem Wasserversorgungssystem eine Vorrichtung verstanden werden, die eine Wasserversorgungsanlage nach dem verbesserten Konzept aufweist. Das Wasserversorgungssystem kann außerdem an die Wasserversorgungsanlage angeschlossene Leitungen und gegebenenfalls Verbraucher beinhalten.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept wird Wasser abhängig von einer Position des Kolbens oder abhängig von einer Positionsveränderung des Kolbens von einem Zulauf zu dem Ablauf gepumpt.
-
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausführungsformen der Wasserversorgungsanlage nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand konkreter Ausführungsbeispiele und zugehöriger schematischer Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren können gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen verstehen sein. Die Beschreibung gleicher oder funktionsgleicher Elemente wird gegebenenfalls nicht notwendigerweise bezüglich verschiedener Figuren wiederholt.
-
In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Wasserversorgungsanlage nach dem verbesserten Konzept;
- 2 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Wasserversorgungsanlage nach dem verbesserten Konzept; und
- 3 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Wasserversorgungsanlage nach dem verbesserten Konzept.
-
In 1 ist eine Wasserversorgungsanlage 8, auch als Hauswasserwerk bezeichnet, dargestellt. Die Wasserversorgungsanlage 8 ist nach dem verbesserten Konzept ausgebildet.
-
Die Wasserversorgungsanlage 8 weist einen Zulauf 9 auf, der beispielsweise an eine Wasserquelle angeschlossen werden kann. Des Weiteren weist die Wasserversorgungsanlage 8 einen Ablauf 10 auf, an dem eine Leitung angeschlossen werden kann, um einen oder mehrere Wasserverbraucher mit Wasser zu versorgen.
-
Eine Pumpvorrichtung 1, 7 der Wasserversorgungsanlage 8 weist einen Motor 1 und eine Pumpe 7 auf. Ist der Motor 1 aktiviert, so kann er die Pumpe 7 antreiben, um Wasser von dem Zulauf 9 direkt in den Ablauf 10 zu pumpen.
-
Die Wasserversorgungsanlage 8 weist außerdem einen Pufferbehälter 5 für Wasser auf, der über eine Verbindung 6 mit der Pumpe 7 und über die Pumpe 7 mit dem Zulauf 9 und dem Ablauf 10 verbunden ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Dimensionen der einzelnen Komponenten der Wasserversorgungsanlage 8 nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeigt sind.
-
Wird der Ablauf 10 geöffnet, sodass Wasser über den Ablauf 10 aus dem Pufferbehälter 5 ablaufen kann, so sinkt der Innendruck in dem Pufferbehälter 5 und dementsprechend in den an dem Ablauf 10 angeschlossenen Leitungen, solange, bis die Pumpe 7 anläuft und Wasser von dem Zulauf 9 direkt in den Ablauf 10 pumpt.
-
Nach dem verbesserten Konzept weist die Wasserversorgungsanlage 8 daher einen Kolben 4 auf, der beweglich an dem Gehäuse des Pufferbehälters 5 gelagert ist und dadurch das in dem Pufferbehälter 5 für das Wasser zur Verfügung stellende Volumen je nach Position des Kolbens 4 verkleinern.
-
Im Beispiel der 1 weist die Wasserversorgungsanlage 8 ein Federelement 3, beispielsweise eine Schraubenfeder, auf, die an einem Kolbengehäuse 13 anliegt sowie an dem Kolben 4. Ist der Pufferbehälter 5 vollständig mit Wasser gefüllt, so ist der Innendruck des Pufferbehälters 5 derart hoch, dass eine erste Kraft, die von dem Innenvolumen des Pufferbehälters 5 auf den Kolben 4 wirkt, größer ist als eine Federkraft oder zweite Kraft, die von dem Federelement 3 in die entgegengesetzte Richtung auf den Kolben 4 ausgeübt wird. Dementsprechend wird der Kolben 4 bis zum Anschlag entgegen der zweiten Kraft bewegt, wobei das Federelement 3 vorgespannt wird. Das zur Verfügung stehende Volumen für das Wasser ist dementsprechend maximal.
-
Wird nun der Ablauf 10 geöffnet, sodass Wasser aus dem Pufferbehälter 5 entweichen kann, so sinkt der Innendruck in dem Pufferbehälter 5 und damit die erste Kraft auf den Kolben 4. Ist die zweite Kraft, die durch die Federkraft erzeugt wird, größer geworden als die erste Kraft, so bewegt sich der Kolben 4 in Richtung der zweiten Kraft, sodass das zur Verfügung stehende Innenvolumen des Pufferbehälters 5 verkleinert wird, was dem Druckabfall durch das ablaufende Wasser entgegenwirkt.
-
Es ist beispielsweise ein Positions- oder Bewegungsdetektor 2 vorgesehen, der angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Position oder Bewegung des Kolbens 4 zu erkennen. Abhängig von der Position oder Bewegung liefert der Positions- oder Bewegungsdetektor 2 ein Schaltsignal an ein Schaltelement 12, das mit dem Motor 1 verbunden ist, um die Pumpe 7 zu aktivieren.
-
Nachdem die Pumpe 7 angelaufen ist, wird zum einen das Wasser von dem Zulauf 9 direkt in den Ablauf 10 gepumpt und zum anderen der Pufferbehälter 5 wieder mit Wasser gefüllt. Der Kolben 4 bewegt sich zurück in seine vorherige Position.
-
Insgesamt kann durch diese Anordnung, insbesondere die Funktionsweise des Kolbens 4, eine Druckschwankung beim Öffnen des Abflusses und beim Ablauf des Wassers bis zum Anlaufen der Pumpe 7 verringert werden.
-
In 2 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Wasserversorgungsanlage 8 nach dem verbesserten Konzept gezeigt.
-
Die Wasserversorgungsanlage 8 nach 2 entspricht größtenteils derjenigen aus 1. Daher wird hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
-
Die Wasserversorgungsanlage 8 der 2 weist optional Standfüße 11 auf, die an einer dem Kolben 4 gegenüberliegenden Seite eines Gehäuses des Pufferbehälters 5 angeordnet sind. Dies dient lediglich der Veranschaulichung, dass die Bewegungsrichtung des Kolbens 4 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Wasserversorgungsanlage 8 parallel zur Schwerkraft ist.
-
Im Gegensatz zu der Wasserversorgungsanlage 8 aus 1 weist die Wasserversorgungsanlage 8 der 2 kein Federelement 3 auf, sondern stattdessen eine, beispielsweise kugelförmige, Masse 3', die beispielsweise an dem Kolben 4 befestigt ist. Die Gewichtskraft der Masse 3' übernimmt die Funktion der zweiten Kraft und ersetzt daher gewissermaßen das Federelement der 1.
-
Darüber hinaus ist die Funktionsweise der Wasserversorgungsanlage 8 analog zu der, die in 1 dargestellt ist.
-
In 3 ist eine Wasserversorgungsanlage 8 nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform nach dem verbesserten Konzept dargestellt, die eine Kombination der Wasserversorgungsanlagen 8 aus 1 und 2 darstellt.
-
Insbesondere weist die Wasserversorgungsanlage 8 der 3 sowohl das Federelement 3 wie bezüglich 1 erläutert, sowie die Masse 3', wie bezüglich 2 erläutert, auf.
-
Die zweite Kraft, die der ersten Kraft auf dem Kolben 4 entgegengesetzt ist, ist hier eine vektorielle Summe der Gewichtskraft der Masse 3' und der Federkraft des Federelements 3.
-
Im Übrigen entspricht die Funktion der Wasserversorgungsanlage 8 der der Wasserversorgungsanlagen 8 aus 1 und 2.
-
Wie beschrieben, wird es durch das verbesserte Konzept ermöglicht, Druckschwankungen in einem Wasserversorgungssystem mit einer Wasserversorgungsanlage auszugleichen beziehungsweise teilweise zu kompensieren. Dazu ist nach dem verbesserten Konzept kein Druckwasserbehälter mit einer Membrananordnung oder einem zu komprimierenden Gas erforderlich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Motor
- 2
- Detektor
- 3
- Federelement
- 3'
- Masse
- 4
- Kolben
- 5
- Pufferbehälter
- 6
- Verbindung
- 7
- Pumpe
- 8
- Wasserversorgungsanlage
- 9
- Zulauf
- 10
- Ablauf
- 11
- Standfüße
- 12
- Schaltelement
- 13
- Gehäuse
