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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmemengenzähler, der mit einem
im Vor- oder Rücklauf des Wärmeträgers einer Heizeinrichtung angeordneten Flügelrad,
einem von dem Flügelrad angetriebenn mechanischen Zählwerk und einem temperaturgesteuerten
hydraulischen Kupplungsgetriebe mit einem in einer von der Temperatur des Wärmeträgers
im Vor- und Rücklauf beeinflußten zähen Flüssigkeit angeordneten Rotorkörper versehen'ist
und bei dem das hydraulische Getriebe das Zählwerk kraftschlüssig mit dem Flügelrad
koppelt und die Umdrehungen des Zählwerkes im Verhältnis zu denen des Flügelrades
nach Maßgabe der Einwirkung der zähen Flüssigkeit untersetzt.
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Ein derartiger Wärmemengenzähler ist - auch in seiner erfindungsgemäßen,
nachstehend behandelten Umgestaltung - insbesondere für Zentralheizungsanlagen bestimmt,
bei denen die an eine Verbraucheranlage, d. h. ein Heizkörpersystem, gelieferte
und in Rechnung zu stellende Wärmemenge gemessen werden soll. Unter anderem kann
der Wärmemengenzähler nicht nur z. B. bei der Heizanlage eines Stockwerks oder eines
ganzen Hauses oder eines Teils eines Wohnblocks, sondern auch zur Messung des Wärmeverbrauchs
an einem einzelnen Verbraucher, z. B. an einem einzelnen Heizkörper oder für industrielle
Zwecke eingesetzt werden.
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Ein Wärmemengenzähler ähnlich dem der eingangs genannten Art, bei
welchem die Wärmemenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeträgers gemessen
wird, ist in der Form bekannt, daß zwischen dem vom Wärmeträgerstrom in Umlauf versetzten
Flügelrad und einem mit dem Zählwerk gekuppelten Rotorkörper, der in der zähen Flüssigkeit
drehbar angeordnet ist, eine magnetische Kupplung vorgesehen ist, vermöge derer
auf den Rotorkörper von dem Flügelrad aus ein konstantes Mitnahmedrehmoment übertragen
wird. Dabei ist die zähe Flüssigkeit der Wärmeeinwirkung des Wärmeträgers derart
ausgesetzt, daß die Temperaturabhängigkeit der Anzeige lediglich durch die durch
die zähe Flüssigkeit auf den Rotor ausgeübte Bremswirkung erzielt wird und daß das
am Rotor erzeugte Drehmoment durch die Wahl des Rotormaterials mehr oder weniger
stark von der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers abhängig gemacht wird. Das
zähe Ö1 bremst den Rotor gerade so weit, bis das wirksame Bremsmoment dem Mitnahmemoment
das Ggleichgewicht hält.
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Wählt man als zähe Flüssigkeit ein Ö1, dessen Zähigkeits-Temperatur-Kurve
so verläuft, daß die Abbremsung proportional der Differenz der mittleren Temperatur
des Wärmeträgers im Heizkörper bzw. im Heizsystem und der Temperatur der Zimmerluft
bzw. der Umgebung ist, so erhält man theoretisch eine der vom Heizkörper abgegebenen
Wärmemenge pro Zeiteinheit proportionale Rotordrehzahl, wenn man unterstellt, daß
die Zimmerlufttemperatur konstant ist und die etwa in der Mitte des Heizkörpers
an dessen Außenseite gemessene Temperatur tatsächlich das arithmetische Mittel der
im Vorlauf des Heizkörpers und im Rücklauf des Heizkörpers bestehenden Temperaturen
des Wärmeträgers ist.
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Beide Voraussetzungen der Messung sind in der Praxis sehr häufig
nicht oder nicht genügend erfüllt, da je nach der Temperatur des Zimmers und seinen
atmosphärischen wechselnden Abkühlungsbedingungen und je nach der Einstellung der
willkürlich veränderbaren Vorlauftemperatur des Wärmeträgers und
seiner möglicherweise
wechselnden Strömungsgeschwindigkeit die an einer ortsfesten Stelle des Heizkörpers
gemessene mittlere Temperatur - besonders während Anheiz- oder Abkühlungsperioden
- keine wirkliche Mitteltemperatur über den Temperaturverlauf entlang dem Heizkörper
und kein ausreichend genaues Maß für die Wärmeabgabe des Heizkörpers darstellt.
Ein weiterer erheblicher Meßfehler ergibt sich dadurch, daß, insbesondere während
einer Anheizperiode oder eines atmosphärischen Wärme-oder Kälteeinbruchs, die Zimmertemperatur
keineswegs konstant ist und somit die Zähigkeits-Temperatur-Kurve der gewählten
zähen Flüssigkeit bei Anderung der Zimmertemperatur nicht mehr der mathematischen
Voraussetzung der Wärmemengenmessung entspricht.
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Ausgehend von der Kombination der Merkmale eines solchen, mit der
veränderlichen Viskosität einer zähen, einen Rotor umgebenden Flüssigkeit arbeitenden
Geräts der eingangs genannten Art strebt die Erfindung an, die durch den Aufbau
des bekannten Geräts grundsätzlich bedingten Meßfehler zu beheben und zu diesem
Zweck die Temperatur des Wärmeträgers nicht nur an einer Stelle zu messen bzw. auf
das Zählergebnis einwirken zu lassen, sondern sowohl die Vorlauftemperatur als auch
die Rücklauftemperatur des Wärmeträgers zugleich mit dessen Strömungsgeschwindigkeit
und unabhängig voneinander in das Zählergebnis gleichzeitig und genau auch dann
eingehen zu lassen, wenn an beiden oder einer dieser Temperaturen erhebliche Schwankungen
vorliegen Es sind bereits Wärmemengenzähler bekannt, bei denen Integrierwerke mit
den Temperatur- und Strömungsmeßelementen gesteuert werden und durch diese Integrierwerke
sowohl die veränderliche Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers als auch seine
veränderlichen Temperaturen am Vorlauf und am Rücklauf gesondert und unabhängig
voneinander richtig in das Meßergebnis eingegeben werden. Diese vorwiegend nur für
industrielle Wärmemengenmessung bestimmten Wärmemengenzähler haben aber nicht den
eingangs genannten einfachen Aufbau und machen nicht von der Temperaturabhängigkeit
einer zähen Flüssigkeit für die Messung der Vorlauf-und Rücklauftemperatur des Wärmeträgers
Gebrauch, sondern weisen einen komplizierten und umfangreichen Aufbau auf und erfordern
daher einen kostspieligen Aufwand und großen Raumbedarf. Sie eignen sich deshalb
praktisch nur für Großanlagen, aber nicht für die eingangs genannten Zwecke, wie
z. B. für die Wärmemessung in einzelnen Wohnungen oder einzelnen Raumheizkörpern.
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Ein weniger komplizierter und weniger umfangreicher, bekannter Wärmemengenzähler,
bei dem sowohl die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers als auch seine veränderlichen
Temperaturen am Vorlauf und am Rücklauf in das Meßergebnis eingehen, besitzt zwei
Meßeinheiten, die über ein Differential-Ausgl eichsgetrieb e auf ein Zählwerk einwirken.
Dabei bestehen die Meßeinheiten jeweils aus einem Flügelrad mit Metallflügeln, das
im Wärmeträgerstrom umläuft und dessen Abtriebsglied je eine zu einem Ausgleichsgetriebe
führende Welle ist, wobei das eine Flügelrad im Vorlauf und das andere Flügelrad
im Rücklauf des Wärmeträgerstroms angeordnet ist. Das Ausgleichsgetriebe ist ein
Differential-Ausgleichsgetriebe und liefert eine Differenz der
Drehzahlen
der beiden Flügelräder an das Zählwerk.
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Unter dem Einfluß der unterschiedlichen Temperaturen des Wärmeträgers
im Vorlauf und im Rücklauf sollen sich die Bimetallflügel beider Flügelräder nach
Maßgabe dieser beiden Temperaturen derart verformen, daß die Drehzahlen der Flügelräder
voneinander verschieden werden und die Differenz dieser Drehzahlen sowohl der Differenz
dieser Temperaturen als auch der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers proportional
ist.
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Diese einfachen Wärmemengenzähler sind ungenau und störanfällig,
weil die Bimetallfiügel, um auf unterschiedliche Temperaturen durch Verformung genügend
ansprechen zu können, sehr dünn und daher mechanisch weich ausgeführt sein müssen.
Dann aber entstehen beim Antrieb der Flügelräder Pendel-, Flatter- und Turbulenzeffekte
unbestimmter Größe, die sich nicht ausschalten lassen und für jedes Baumodell andere
und undefinierte Fehler für das Meßergebnis mit sich bringen. Außerdem sind solche
Bimetallflügel starker Korrosion durch den Wärmeträger ausgesetzt.
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Es ist auch ein vom Erfinder entwickelter Wärmemengenzähler bekannt,
der im wesentlichen nach Art eines Rotationsviskosimeters arbeitet und ein temperaturgesteuertes
hydraulisches Kupplungsgetriebe verwendet, das in der eingangs genannten Weise aufgebaut
ist und das Zählwerk mit dem vom Wärmeträger gedrehten Flügelrad kuppelt. Dadurch
werden die Mängel des vorstehend beschriebenen Wärmemengenzählers mit zwei Bimetallflügelrädern
vermieden. Die Temperaturabhängigkeit der hydraulischen Kupplung zwischen dem vom
Flügelrad angetriebenen Zylinder und dem von ihm mitgenommenen abgetriebenen Hohlzylinder
wird dadurch von der Temperatur des Vorlaufs und von der des Rücklaufs abhängig
gemacht, daß der Hohlzylinder unterhalb des angetriebenen inneren Zylinders über
diesen vorsteht und daß das Niveau der zähen Flüssigkeit, die zwischen den beiden
Zylindern im Inneren und außerhalb des Hohlzylinders hochsteigt, bei Temperaturdifferenz
Null zwischen Vorlauf und Rücklauf auf der Höhe des unteren Stirnendes des inneren
Zylinders steht. Dabei ist dieses unterste Flüssigkeitsniveau von einem Luftbehälter
erheblicher Größe abhängig gemacht, der als Wärmefühler in den Vorlauf des Wärmeträgers
ein- oder angebaut ist und dessen Luftdruck der Unterseite des den nach untea offenen
Hohlzylinder aufnehmenden Außenbehälters zugeführt wird, und ferner von einem großen,
im Rücklauf des Wärmeträgers als Wärmefühler ein- oder angebauten Luftbehälter,
dessen Luftdruck der Oberseite des Außenbehälters zugeführt wird und sich außerhalb
des Hohlzylinders bis zum Flüssigkeitsspiegel fortpflanzt.
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Die Differenz der beiden Luftdrücke im Behälter bestimmt die Höhe
des Niveaus der zähen Flüssigkeit innerhalb und außerhalb des Hohlzylinders derart,
daß dieses Niveau über das untere Ende des Innenzylinders um so mehr ansteigt, je
mehr die Temperaturdifferenz über Null ansteigt.
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Durch das Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels erhöht sich die Mituahmekraft
zwischen dem vom Flügelrad angetriebenen Innenzylinder und dem mit dem Zählwerk
gekuppelten Außenzylinder und erhöht sich die Bremskraft zwischen dem Außenbehälter
und dem Außenzylinder, zwischen denen die Flüssigkeit im gleichen Maße mit der steigenden
Temperaturdifferenz
zwischen Vorlauf und Rücklauf ansteigt. Jedoch ergibt sich dadurch, daß der Außenzylinder
nach unten über den Innenzylinder übersteht, eine stärkere Zunahme des Mitnahmemoments
zwischen Innenzylinder und Hohlzylinder als des Bremsmoments zwischen Hohlzylinder
und Außenbehälter. Man erhält auf diese Weise, ohne daß das auf den Hohlzylinder
übertragene Drehmoment in die Messung explizit eingeht - insoweit abweichend vom
Prinzip eines Rotationsviskosimeters -, eine Drehzahl am Hohlzylinder und am Zählwerk,
die sowohl der Drehzahl des Flügelrades als auch der Differenz der beiden gemessenen
absoluten Temperaturen am Vorlauf und am Rücklauf genau proportional ist. Es kommt
dabei auf die Zähigkeits-Temperatur-Kurve der gewählten zähen Flüssigkeit nicht
an, da diese in die Messung - auch dies abweichend vom Prinzip eines Rotationsviskosimeters
- überhaupt nicht eingeht, sondern die Temperaturen gesondert im Vorlauf und im
Rücklauf gemessen und eingeführt werden.
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Die in der Art des Meßprinzips liegenden Vorteile des bekannten Geräts
haben jedoch nicht erlaubt, daß sich dieses in den praktischen Gebrauch für Wärmemengenmessungen
in Häusern oder für industrielle Zwecke einführen konnte. Die Notwendigkeit am Vorlauf
und am Rücklauf des gemessenen Heizkörpers oder Systems je ein umfangreiches Gasthermometer
einzubauen und mit dem hydraulischen Kupplungsteil des Geräts zu verbinden, macht
nämlich das ganze Gerät im Aufbau sperrig, kompliziert und umfangreich, zumal ein
genaues Messen bedingt, daß die Luftbehälter im Vorlauf und im Rücklauf mindestens
je 1 bis 2 1 fassen und von reichlich Vorlauf- bzw. Rücklauffiüssigkeit umströmt
werden.
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Ein solches Gerät ist außerdem schwierig zu transportieren und zu
fertigen und im Einbau unhandlich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, sowohl die Mängel
des mit Bimetallfiügelrädern arbeitenden bekannten Meßgeräts als auch die letztgenannten
Mängel des mit viskosimetrischer hydraulischer Kupplung und gesonderten Temperaturmessungen
arbeitenden Meßgeräts zu vermeiden und dennoch eine genaue, sowohl von der Temperatur
im Vorlauf als auch von der Temperatur im Rücklauf abhängige und der Strömungsgeschwindigkeit
des Wärmeträgers proportionale Messung zu gewährleisten, ohne daß dazu die Integrierwerke
der weiter vorstehend genannten aufwendigen Wärmemengenzähler benötigt werden.
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Die vorstehende Aufgabe wird, ausgehend von einem Wärmemengenzähler
des eingangs genannten Aufbaus und unter Verwendung einer temperaturgesteuerten
hydraulischen Kupplung nach Art des letztgenannten Wärmemengenzählers, erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß das hydraulische Kupplungsgetriebe einen zweiten, in einer zähen
Flüssigkeit angeordneten Rotorkörper aufweist, der mit dem ersten Rotorkörper kraftschlüssig
bzw. formschlüssig gekoppelt ist, und daß diese beiden Rotorkörper jeweils in einem
von zwei mit der zähen Flüssigkeit gefüllten Hohlkörpern nach Art eines Rotationsviskosimeters
drehbar gelagert sind, von denen einer mit dem Vorlauf und der andere mit dem Rücklauf
des Wärmeträgers in an sich bekannter Weise durch Temperaturübertragungsmittel wärmeleitend
verbunden ist und die von dem Flügelrad derart antreibbar sind, daß die Drehmomente
der miteinander kraft-oder
formschlüssig gekoppelten Rotorkörper
ein ander entgegengerichtet gleich sind.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird es ermöglicht, eine hohe
Meßgenauigkeit mit der gekennzeichneten einfachen, raumsparenden Bauart des Wärmemengenzählers
zu erhalten, die sich leicht transportieren und einbauen läßt. Bei dieser Bauart
werden keine empfindlichen Bimetallteile für das Meßrad einer Meßeinheit benötigt,
die durch je eine der temperaturgesteuerten hydraulischen Kupplungen gebildet wird.
Vielmehr können für beide Meßeinheiten ein oder zwei Meßräder verwendet werden,
deren Flügel nicht aus Bimetall bestehen, sondern in der bei Wassermessern üblichen
Art hergestellt sind. Abgesehen von einer besonderen Ausführungsform, bei der je
ein Flügelrad, eines im Vorlauf und eines im Rücklauf, vorgesehen und mit dem zugehörigen
Rotations- bzw. Rotorkörper gekuppelt ist oder diesen bildet, genügt im allgemeinen
ein Flügel rad als Antrieb für beide Meßeinheiten, sei es im Vorlauf oder im Rücklauf
angeordnet.
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Die erfindungsgemäß erreichte hohe Meßgenauigkeit und der einfache
Aufbau des Wärmemengenzählers beruhen nicht nur auf einer zweckentsprechenden Anwendung
der Zähigkeitsmessung bei einem Rotationsviskosimeter mit gegenläufigen Flächen,
zwischen denen ein Drehmoment durch eine zähe Flüssigkeit übertragen wird, deren
Zähigkeit in geeigneter Weise von der Temperatur abhängig ist und bei der einen
Meßeinheit von der Vorlauftemperatur und bei der anderen Meßeinheit von der Rücklauftemperatur
abhängig gemacht ist, sondern insbesondere auch darauf, daß abweichend von allen
bekannten Wärmemengenzählern das Meßprinzip der Erfindung den Ausgleich von zwei
einander entgegengerichteten Drehmomenten zweier Rotations- bzw.
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Rotorkörper umfaßt, ohne daß ein übliches Differential-Ausgleichsgetriebe
benötigt wird.
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Bei der einen Ausführungsform der Erfindung wird der Antrieb beider
Meßeinheiten von ein und demselben Flügelrad bewirkt, das beide Flüssigkeitsbehälter
bzw. Hohlkörper in Drehung versetzt. In diesem Fall bilden die Rotorkörper den Abtrieb
der beiden hydraulischen Kupplungen, die als Meßeinheit dienen, und erfolgt der
Ausgleich der an den Wellen der Rotorkörper gegensinnig auftretenden Drehmomente
vorzugsweise mittels ineinanderkämmender Zahnräder, die den praktisch momentenfreien
Abtrieb über die Abtriebswelle auf das Zählwerk übertragen. Dadurch, daß die Rotorkörper
versuchen, sich jeweils mit unterschiedlicher Drehzahl relativ zu der sie umgebenden
zähen Flüssigkeit und relativ zu dem sie jeweils antreibenden Flüssigkeitsbehälter
zu drehen, weil im einen Flüssigkeitsbehälter die Flüssigkeitstemperatur höher und
das übertragene Mitnahmedrehmoment geringer als im anderen ist, das Momenten-Ausgleichsgetriebe
aber einander gegensinnig gleiche Drehmomente der beiden Rotorkörper an der Abtriebswelle
erzwingt, ergibt sich an der zum Zählwerk führenden Abtriebswelle - praktisch momentenfrei
- eine resultierende Drehzahl, die einerseits der Drehzahl des die hydraulischen
Kupplungen gemeinsam antreibenden Flügelrades und somit der Strömungsgeschwindigkeit
bzw der pro Zeiteinheit strömenden Menge des Wärmeträgers proportional ist, und
andererseits der Temperaturdifferenz der zähen Flüssigkeiten in den hydraulischen
Kupplungen nach Maßgabe der Zähigkeits-Temperatur-Funk-
tion dieser Flüssigkeit und
somit der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf entspricht Bei einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder der drehbaren
Hohlkörper in einem ortsfesten ölbehälter gelagert ist, von denen der eine auf die
Rücklauftemperatur und der andere auf die Vorlauftemperatur durch wärmeleitende
Mittel bzw. eine vom Wärmeträger durchströmte Heizschlange beheizbar ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind zwei Flügelräder
vorgesehen, von denen eines im Vorlauf des Wärmeträgerstroms und das andere gegenläufig
im Rücklauf des Wärmeträgerstroms umläuft, und die Naben der Flügelräder sind jeweils
als Hohlkörper ausgebildet, die die zähe Flüssigkeit und den zugehörigen Rotorkörper
aufnehmen.
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Der Aufwand, daß bei der letztgenannten Ausführungsform zwei Flügelräder
erforderlich sind, wird dadurch wettgemacht, daß jeder der Hohlkörper (Flüssigkeitsbehälter)
zugleich als Antriebsglied bzw.
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Flügelrad der zugehörigen hydraulischen Kupplung ausgebildet sein
kann.
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Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich für den Aufbau bei der
letztgenannten Ausführungsform der Erfindung dann, wenn die Rotorkörper in an sich
bekannter Weise als Dauermagnete ausgebildet und magnetisch gekoppelt sind, so daß
sie trotz der Gegenläufigkeit der Flügelräder gleichsinnig umlaufen und die durch
die zähe Flüssigkeit auf sie übertragenen Drehmomente ausgeglichen werden, wobei
sie ein Ausgleichsgetriebe für diese Drehmomente bilden, dessen resultierende Drehung
auf die zum Zählwerk führende Abtriebswelle übertragbar ist.
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Auch bei der letztgenannten Ausführungsform ergibt sich an der gleichzeitig
von den einander entgegenwirkenden Rotorkörpern angetriebenen Abtriebswelle praktisch
vollständiger Ausgleich der gegensinnigen Drehmomente und eine resultierende Drehzahl,
die der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf und der Strömungsgeschwindigkeit
des Wärmeträgers und somit in jedem Augenblick der abgegebenen Wärmemenge proportional
ist, wenn die Abmessungen der beiden hydraulischen Kupplungen einander gleich und
ihre Antriebsdrehzahlen einander gegensinnig gleich sind.
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Zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Wärmemengenzählers
werden nachstehend im einzelnen an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch das Meßgerät gemäß
der einen Ausführungsform mit Zahnräderkopplung der sich gegensinnig drehenden Abtriebswellen
der beiden hydraulischen Kupplungen zum Ausgleich ihrer Drehmomente und F i g. 2
einen senkrechten Schnitt durch die zweite Ausführungsform der Erfindung mit einer
anderen kraft- oder formschlüssigen Kopplung von zwei gleichsinnig umlaufenden,
aber von ihren Flüssigkeitsbehältern mit gegensinnigen Drehmomenten beaufschlagten
Rotorkörpern, wobei die Flüssigkeitsbehälter in gegensinnig durchströmten Teilen
des Wärmeträgerstroms liegen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird zum Antrieb des Meßgeräts
nur ein Flügelrad 2 mit Antriebsflügeln3 verwendet, das im unteren Teil des als
Flügelradgehäuse 1 ausgebildeten Gerätegehäuses untergebracht ist. Dieses Flügelradgehäuse
ist in den
Vorlauf oder in den Rücklauf des Wärmeträgers, z. B.
eines Heißwasserstroms einer Zentralheizungsanlage eingebaut. Die Nabe 4 des Flügelrades
2 ist mittels einer Welle 5 im Boden des Flügelradgehäuses drehbar gelagert; sie
trägt an ihrem anderen Ende einen Dauermagneten 6, der in einem erweiterten Teil
7 des Deckels des Flügelradgehäuses 1 untergebracht ist. Der Teil 7 wird von einer
glockenförmigen Haube 8 aus magnetisierbarem Werkstoff, z. B.
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Weicheisen, übergriffen und sitzt fest auf dem gegenüberliegenden
Ende einer Antriebswelle 9. Die Teile 6 und 8 bilden eine magnetische Kupplung zwischen
Flügelrad 2 und Welle 9. Die Verwendung einer magnetischen Kupplung zwischen Flügelrad
2 und Antriebswelle 9 kann weggelassen werden, da sie kein notwendiges Merkmal der
Erfindung ist. Sie begünstigt nur einen stoßfreien Lauf der angetriebenen Teile
des Meßgeräts unabhängig von etwaig kurzzeitigen Stößen des Wärmeträgerstroms und
vermeidet Wellendurchführungen mit Stopfbuchsen od. dgl.
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Grundsätzlich kann daher im Rahmen der Erfindung auch eine formschlüssige
Kupplung zwischen der Nabe 4 und der Welle 9 verwendet werden.
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Die vorstehend der Einfachheit halber als »Viskosimeter« bezeichneten
Geräteteile sind in den äußeren Flüssigkeitsbehältern 21 und 22 untergebracht. Die
Viskosimeter als ganzes sind daher mit 21' bzw. 22' bezeichnet.
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Auf der Welle 9 sitzt fest ein Zahnrad 10, das zwei Zahnräder 11
und 12 im gleichen Drehsinn antreibt.
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Das benachbarte Ende der Welle 9 ist in einem (abgebrochen dargestellten)
Teil 13 des Geräterahmens drehbar gelagert. Das Zahnrad 11 sitzt fest auf einem
geschlossenen Innenbehälter (Hohlkörper) 15 des Viskosimeters 21', während das Zahnrad
12 fest mit einem Innenbehälter (Hohlkörper) 16 des Viskosimeters 22' verbunden
ist. Am Boden des Behälters 15 bzw. 16 ist eine Welle 19 bzw. 20 drehbar gelagert,
die durch eine Mittelbohrung des Zahnrads 11 bzw. 12 frei drehbar hindurchgeht.
Auf der Welle 19 sitzt fest ein Rotorkörper 17 und auf der Welle 20 fest ein Rotorkörper
18. Die Rotorkörper 17 und 18 haben zur Welle 19 bzw. 20 und zur Innenseite der
Behälter 15 bzw. 16 konzentrische, zylindrische Oberflächen.
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Der Außenbehälter 21 ruht ortsfest auf einem Teil 23 des Geräterahmens,
der am Flügelradgehäuse 1 abgestützt ist und aus einem Material bzw. Metall besteht,
das eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen diesem Flügelradgehäuse und dem Außenbehälter
herstellt, damit diese und die in seinem Innern befindliche viskose Flüssigkeit
37 möglichst weitgehend die gleiche Temperatur annimmt, die der Wärmeträger innerhalb
des Metallgehäuses 1 besitzt.
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Der Außenbehälter 22 sitzt gleichfalls ortsfest auf einem (abgebrochen
dargestellten) Geräterahmenteil 24, der aber in nicht gezeichneter Weise gegen das
Flügelradgehäuse 1 und gegen den Geräterahmenteil 23 wärmeisoliert ist, damit die
Temperatur des Außenbehälters 22 von derjenigen des Außenbehälters 21 unabhängig
beeinflußt werden kann. Die Innenbehälter 15 bzw. 16 sind mittels je einem Lagerzapfens
25 bzw. 26 am Boden des Außenbehälters 21 bzw. 22 drehbar gelagert.
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Um die Außenseite des Behälters 22 herum ist, in deren unmittelbarer
Nähe oder an diese anliegend, am Geräterahmenteil 24 eine Rohrschlange 28 angebracht,
die von einem Heizmittelstrom gespeist wird,
der als Teilstrom vom Wärmeträgerstrom
(in nicht dargestellter Weise) abgezweigt ist. Beispielsweise befindet sich das
Flügelradgehäuse 1 im heißen Vorlauf des Wärmeträgerstroms und überträgt daher dessen
Temperatur über den Teil 23 auf den Außenbehälter 21 und die Flüssigkeit 37. In
diesem Fall wird der genannte Teilstrom des Wärmeträgers vom Rücklauf des Wärmeträgerstroms
abgezweigt, oder es kann gewünschtenfalls auch der ganze Wärmeträgerstrom am Rücklauf
durch die Rohrschlange 28 geleitet werden.
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Der Außenbehälter 22 und die darin befindliche viskose Flüsslgkeit
38 werden dann angenähert, nahezu auf die geringere Temperatur des rücklaufenden
Wärmeträgerstroms gebracht. Jedoch kann auch umgekehrt das Flügelradgehäuse 1 im
Rücklauf des Wärmeträgers eingebaut sein und dessen geringere Temperatur auf den
Außenbehälter 21 übertragen werden; in diesem Fall wird in die Rohrschlange 28 der
Vorlaufstrom des Wärmeträgers oder ein Teil dieses Stroms geleitet und überträgt
dessen höhere Temperatur angenähert auf den Außenbehälter 22 und die Flüssigkeit
38. Nachstehend wird für alle Ausführungsformen letzterer Fall angenommen.
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Auf der Welle 19 sitzt fest ein Zahnrad 29, das mit einem Zahnrad
30 kämmt, das außerhalb des Viskosimeters 22' fest auf der Welle 20 sitzt, deren
benachbartes Ende in einem (abgebrochen dargestellten) Teil 14 des Geräterahmens
drehbar gelagert ist. An der von den Viskosimetern abgelegenen Seite des Zahnrads
29 ist eine Abtriebswelle 31 in Verlängerung der Welle 19 vorgesehen, fest mit dieser
und dem Zahnrad 29 verbunden und an ihrem anderen Ende in einem (abgebrochen dargestellten)
Teil 32 des Geräterahmens drehbar gelagert. Fest auf der Abtriebswelle 31 sitzt
eine Schnecke 33, die mit einem Schneckenrad 34 kämmt, das in (nicht gezeichneter)
üblicher Weise mit dem als ganzes nur schematisch bei 54 dargestellten Zählwerk
verbunden ist und dieses antreibt. Das Zählwerk kann in irgendeiner üblichen Bauweise
als Ziffernwählwerk für mehrere Stellen ausgebildet sein und ist vorzugsweise auf
die zu zählenden Einheiten der gemessenen Wärmemenge oder auf sonstige Einheiten
geeicht, z. B. Einheiten des Preises der Wärmemenge.
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Im Innern des Innenbehälters 15 befindet sich eine zähe Flüssigkeit
35. Im Innern des Innenbehälters 16 befindet sich gleichfalls eine zähe Flüssigkeit
36, und zwar die gleiche Flüssigkeit wie 35. Die Zähigkeiten der Flüssigkeiten 35
und 36 sollen von der Temperatur dieser Flüssigkeiten abhängen.
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Jeder der angetriebenen Innenbehälter 15 bzw. 16 sucht den in ihm
drehbar gelagerten Rotorkörper 17 bzw. 18 in seiner Drehrichtung durch die Kräfte
mitzunehmen, die vom Innenbehälter über die zähe Flüssigkeit auf die Oberfläche
des zugehörigen Rotorkörpers übertragen werden. Diese Mitnahmekräfte erzeugen daher
an jeweiligen Rotorkörpern Drehmomente, die nach bekannten Beziehungen sowohl von
der Zähigkeit der Flüssigkeit 35 bzw. 36 und somit von deren Temperaturen als auch
von der relativen Drehzahl der Innenbehälter 15 bzw. 16 abhängen. Diese relative
Drehzahl des Innenbehälters in bezug auf den zugehörigen Rotorkörper hängt also
einerseits von der Drehzahl des Flügelrads ab, die der Strömungsgeschwindigkeit
des Wärmeträgers proportional ist, andererseits von der Drehzahl des Rotorkörpers,
auf den der Innenbehälter durch die zähe Flüssigkeit hindurch einwirkt. Das Drehmoment,
das
dabei auf einen der Rotorkörper übertragen wird, ist proportional der Geschwindigkeit
der Innenfläche des Innenbehälters relativ zur gegenüberliegenden Fläche des Rotorkörpers
und proportional der Zähigkeit der Flüssigkeit zwischen Innenbehälter und Rotorkörper.
Der Rotorkörper 17 des kälteren Viskosirneters 21' versucht über seine Welle 19
das Zahnrad 29 im gleichen Drehsinn (weil die Zahnräder 11 und 12 gleichsinnig angetrieben
werden) anzutreiben, wie der Rotorkörper 18 des wärmeren Viskosimeters 22' über
seine Welle das Zahnrad 30 anzutreiben sucht, wobei die antreibenden Drehmomente
gleichen Drehsinn haben.
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Nun kämmen aber die Zahnräder 29 und 30 miteinander, können sich
also nur gegenläufig drehen.
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Sie wirken daher als ein Ausgleichsgetriebe für die beiden auf die
beiden Rotorkörper übertragenen Drehmomente derart, daß die Rotorkörper 17 und 18
sich ebenso gegenläufig wie die Zahnräder 29 und 30 auf eine Drehzahl einstellen,
bei der diese Drehmomente praktisch gleiche Größe haben und sich aufheben. Die absoluten
Drehzahlen der gegenläufigen Zahnräder 29, 30 und der Abtriebswelle 31 sind einander
gleich und abhängig von den Temperaturen der zähen Flüssigkeiten 35 und 36. Denn
die relative Drehzahl des Rotorkörpers 17 in bezug auf den Innenbehälter 15 des
kälteren Viskosimeters ist, weil in diesem Vikosimeter die Zähigkeit der Flüssigkeit
35 größer ist, kleiner als die relative Drehzahl des Rotorkörpers 18 in bezug auf
den Innenbehälter 16, weil die Zähigkeit der zähen Flüssigkeit 36 im Viskosimeter
22' geringer ist als diejenige der kälteren Flüssigkeit 35 und weil sich der Rotorkörper
18 in umgekehrtem Drehsinn als der Innenbehälter 16 drehen muß. Der Rotorkörper
18 wirkt also als Bremse für den Rotorkörper 17, die ein bremsendes Drehmoment auf
diesen gegensinnig ausübt, das praktisch die gleiche Größe hat wie das auf den Rotorkörper
17 vom Innenbehälter 15 aus übertragene Drehmoment. Dabei bestimmt das Viskosimeter
21', das die kältere Flüssigkeit enthält, den Drehsinn des Zahnrades 30 und der
Abtriebswelle 31. Man muß also den Drehsinn des Flügelrades 2 und den nach Fig.
1 gegenläufigen Drehsinn beider Innenbehälter 15 und 16 so wählen, daß die von dem
kälteren Viskosimeter bestimmte Drehrichtung der Abtriebswelle 31 diejenige Drehrichtung
ist, bei der das Zählwerk 54 zunehmende Wärmemengen anzeigt.
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Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise die gemessene Wärmemenge
um so größer ist, je größer die Temperaturdifferenz der Flüssigkeiten im heißeren
Viskosimeter, bezogen auf das kältere Vikosimeter ist. Das Zählergebnis steigt daher
mit der Drehzahl des Flügelrades 2, d. h. mit der in der Zeiteinheit strömenden
Menge des Wärmeträgers und mit der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Vikosimetern.
Da die Zähigkeiten der Flüssigkeiten beider Vikosimeter wieder von dem Temperaturunterschied
zwischen Vorlauf und Rücklauf des Wärmeträgers abhängen, wird das Zählergebnis von
dieser Temperaturdifferenz bestimmt.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist das gleiche Meßprinzip
wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verkörpert, es sind jedoch zwei Räder 2b
und 2c vorgesehen, von denen das erstere, 2b, im Vorlauf 50 und das letztere, 2
c, im Rücklauf 51 des Wärmeträgerstroms angebracht ist. Die Flügelräder 2 b und
2 c sind bei dieser Ausführungsform
selbst als »Viskosimeter« ausgebildet. Hierdurch
ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung in der Bauweise.
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Die der Fig. 1 in der Funktion entsprechenden Teile der Fig. 2 sind
hier mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet, haben jedoch im Vorlaufsystem
den Zusatz des Buchstabens b und im Rücklaufsystem den Zusatz des Buchstabens c
erhalten.
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Die Flügel 3 b bzw. 3 c der Flügelräder 2 b bzw. 2 c sind so ausgebildet
und angeordnet, daß das in Pfeilrichtung vom Wärmeträger beaufschlagte Flügelrad
2 b im Vorlaufsystem im umgekehrten Drehsinn in Umdrehung versetzt wird als das
Flügelrad 2 c im Rücklaufsystem. Die die Flügel tragenden Naben 15 b und 15c der
Flügelräder sind jede als geschlossener Flüssigkeitsbehälter 15 b bzw. 15c ausgebildet,
der mit der zähen Flüssigkeit 35b bzw. 36 c gefüllt ist.
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Der Flüssigkeitsbehälter 15 b ist im Flügelradgehäuse lb, der Flüssigkeitsbehälter
15c ist im Flügelradgehäuse 1 c frei drehbar gelagert. Innerhalb der Flüssigkeit
35 b ist ein Rotorkörper 17b unabhängig vom Gehäuse 15 b in diesem mittels einer
Welle 19 b drehbar gelagert. Ebenso ist innerhalb der Flüssigkeit 36c ein Rotorkörper
17 c unabhängig vom Gehäuse 15 c in diesem mittels einer Welle 19c drehbar gelagert.
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Die Rotorkörper 17 b bzw. 17 c sind so ausgebildet, daß auf sie von
dem zugehörigen sich drehenden Gehäuse 15 b bzw. 15c durch die Flüssigkeit 35b bzw.
bzw. 36c ein Antriebsdrehmoment mit demjenigen Drehsinn übertragen wird, den das
zugehörige Gehäuse 15 b bzw. 15 c hat, also im gegenläufigen Drehsinn. Das Gehäuse
15b bildet mit dem Körper 17b und das Gehäuse 15c bildet mit dem Körper 17c je ein
Viskosimeter, entsprechend den Viskosimetern 21'und 22'der F i g. 1.
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Wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 müssen nun erfindungsgemäß
die Rotorkörper 17 b und 17 c so miteinander und mit der über das Reduziergetriebe
33 b, 34b zum Zählwerk führenden Abtriebswelle 52 gekoppelt werden, daß die auf
die Rotorkörper in entgegengesetztem Drehsinn übertragenen Drehmomente sich praktisch
gegeneinander aufheben und ihre dadurch verbleibende gemeinsame Drehung auf die
Welle 52 übertragen wird.
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Zu diesem Zweck sind in der gezeichneten Ausführungsform nach F i
g. 1 die Rotorkörper 17 b und 17 c jeder als Dauermagnet ausgebildet und ist auf
der Abtriebswelle 52 fest ein Dauermagnet 53 oder magnetisierbarer Anker im Bereich
der direkten Kraftlinien der Dauermagneten 17 b und 17c angeordnet, wobei die Welle
52 frei drehbar einerseits im Flügelradgehäuse lb und andererseits im Geräterahmenteil
32b gelagert ist. In diesem Fall müssen dann selbstverständlich auch die Werkstoffe
der Gehäuse 15 b und 15 c und die Flügelradgehäuse 1 b und 1 c für den magnetischen
Kraftfluß gut durchlässig sein.
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Die dauermagnetischen Körper 17 b, 17 c und 53, die zweipolig, vierpolig
oder höherpolig und als Zylinder ausgebildet sein können, sind praktisch nahezu
starr miteinander gekoppelt, da sich zwangläufig der Nordpol des einen Dauermagneten
auf den Südpol des anderen Dauermagneten einstellt. Das Drehmoment, das durch die
gewöhnlich kühlere Flüssigkeit 36 c im Rücklauf auf den Rotorkörper 17 c übertragen
wird, wirkt dem Drehmoment entgegen, das
von der gewöhnlich heißeren
Flüssigkeit 35b im Vorlauf auf den Rotorkörper 17 b im umgekehrten Drehsinn übertragen
wird. Da die Temperatur der Flüssigkeit 36 c im Rücklauf niedriger ist als die Temperatur
der Flüssigkeit 35 b im Vorlauf, wird der Rotorkörperl7b durch den Rotorkörperl7c
(weil beide magnetisch miteinander gekoppelt sind) in der Drehrichtung des Körpers
17 c mitgenommen, und zwar mit einer solchen Drehzahl, daß die auf die beiden Rotorkörper
übertragenen Drehmomente einander praktisch gleich sind und sich damit aufheben.
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Gehäuse 15 c und Rotorkörper 17 c laufen also gleichsinnig, Gehäuse
15 b und Rotorkörper 17 b gegensinnig. Die resultierende Drehung der Rotorkörper
wird synchronmagnetisch auf den Dauermagneten 53 und durch diesen auf die Abtriebswelle
52 übertragen. Sie ist der Drehzahl der Gehäuse 15 b und 15 c proportional und abhängig
von der Temperaturdifferenz zwischen den Flüssigkeiten 35b und 36 c, und zwar vorzugsweise
dieser Temperaturdifferenz proportional.
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Die Temperatur des vorlaufenden Wärmeträgers wird im Flügelradgehäuse
lb durch die Wirkung des Gehäuses 15 b unmittelbar auf die Flüssigkeit 35b übertragen,
ebenso die für gewöhnlich geringere Temperatur des Wärmeträgers im Flügelradgehäuse
1 c auf die Flüssigkeit 36c. Sind diese Temperaturen wenn nämlich keine Wärme verbraucht
wird -einander gleich, so bleiben die Rotorkörper 17 b und 17 c stehen, weil das
von der Flüssigkeit 35 b auf den Rotorkörper 17 b übertragene Drehmoment dann ebenso
groß, aber umgekehrt gerichtet ist wie das von der Flüssigkeit 36c auf den Rotorkörper
17 c übertragene Drehmoment.
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Die Rotorkörper 17 b und 17 c bilden also bei der Ausführungsform
der Fig. 2 selbst das Ausgleichsgetriebe für die übertragenen Drehmomente.