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Wärriiemengenzhler, insbesondere ftir Zentralheizungsanlagen oder
zur Warmwasser-Verbrauchsmessung.
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Die Erfindung bezicht sich auf einen Wärmemengenzähler, ins besondere
fur Zentralheizungsanlagen oder zur Warmwasser-Verbrauchsmessung. Durch den Wärmemengenzähler,
soll die z.B. durch ein Heizkörpersystem gelieferte und in Rechnung zu stellende
Wärmemenge oder die an einer oder mehreren Zapfstellen verbrauchte Warmwassermenge
gemessen werden, die eine in bezug auf eine vorgegebene Temperatur, z.3. Kaltwasser-oder
Umgebungstemperatur gemessene erhöhte Temperatur hat.
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Die Verbraucheranlage kann z. B. eine Heizanlage oder eine Warmwasserzapfanlage
eines Stockwerks in einem mehrgeschossigen Mietahaus, eines ganzen Hauses oder eines
Teiles eines Wohnblocks sein. Im Palle eines Heizkörpers oder Heizkörpersystems
soll der Wärmemengenzähler direkt die verbrauchte
Wärmemenge unabhängig
von der in der Umgebung herrschenden Raumtemperatur anzeigen. Im Falle einer Warmwasserverbrauchsmessung
wird die entnommene armwassermenge gemessen, wobei die Temperatur des Warmwassers
in o'Jo auf eine Vergleichs~ temperatur - vorzugsweise die Temperatur des kalten
Wassers oder die Umgebungstemperatur - bezogen wird.
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Die Erfindung ist indessen nicht auf diese beispielsweisen Fälle beschränkt,
sondern auch in vielen anderen Fällen der Wärmemengenmessung für ohne und industrielle
Zwecke anwendbar, z. B. auch, um den Wärmeverbrauch an einem einzelnen Heizkörper
zu messen, ein Fall, bei dem die Erfindung besondere Vorteile gegenüber den bekannten
Wärmemengenzählern bietet. Der erfindungsgemäße Wärmemengenzähler eignet sich auch
durch Einbau elektrischer oder elektro-optischer Abgriffe für Fernübertragung.
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In allen diesen Fällen tann der erfindungsgemäße Wärmemengenzähler
an der Stelle des Vorlaufs oder des Rücklaufs desjenigen Wärmeträgerstroms eingebaut
werden, dessen Wärmeabgabe an die Verbraucheranlage gemessen werden soll. Für die
in die Wärmemengenmessung eingehende Messung der Durchflußmenge des Wärmeträgerstromes
pro Zeiteinheit bedarf es bei dem erfindungsgemäßen Wärmemengenzähler nur einer
Me#stelle entweder im Vorlauf o d e r im Rücklauf des heizkörpers bzw. der Verbraucheranlage.
Der Wärmeträger kann vorzugsweise
arm- oder Heißwasser sein, aber
auch aus einem anderen flüssigen Medium oder aus Dampf bestehen.
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Die Erfindung geht von einem bekannten Wärmemengenzähler aus, bei
dem zwei nach Art eines Rotationsviskosimeters ausgebildete Meßeinheiten vorgesehen
sind, die je einen drehbar gelagerten Rotorkörper und je einen drehbar gelagerten
Gegenkörper aufweisen, von denen je einer als Behälter zur Aufnahme einer zähen,
zwischen benachbarten Oberflächen am itotorkörper und Gegenkörper angebrachten Flüssigkeit,
vorzugsweise eines Silikonöls, ausgebildet ist, dessen Viskosität von den Temperaturen
des Vorlaufs oder des Rücklaufs des t1ärmeträgerstroms bzw. von der Umgebungstemperatur
abhängig gemischt ist, von denen die eine Temperatur auf die eine meßeinheit und
die andere Temperatur auf die andere Meßeinheit und die darin befindliche Flüssigkeit
übertragen wird, vorzugsweise wobei die Gegenkörper von einem/entweder nur im Vorlauf
oder nur im Rücklauf des Wärmeträgerstroms angebrachten und von diesem in Umlauf
versetzten Me#rad - verragsw- einem einzigen Meßrad - über ein Getriebe in Drehung
versetzt werden, und die auf je eine Welle jedes der Rotorkörper im gleichen Drehsinn
wie der Antrieb der Gegenkörper übertragenen Drehmomente gegensinnig aufeinander
übertragen und praktisch oder ganz miteinander ausgeglichen werden und wobei eine
der Durchflußmenge des Wärmeträgerstroms pro Zeiteinheit und der Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Flüssigkeiten
entsprechende, vorzugsweise beiden
Größen proportionale, Drehzahl auf ein Wärmenengenzählwerk übertragen wird.
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Bei den bekannten Ausführungsformen eines eiCärmemengenzählers der
vorgenannten Art ist zum Ausgleich der Drehmomente der Rotorkörper zwischen deren
Wellen ein notwendigerweise reibungsbehaftetes Zahnradumkehr- oder Zwischengetriebe
vorgesehen. Die Verwendung eines solchen Getriebes bringt - auch wenn z. B. anstelle
eines Zahnradzwischengetriebes ein elektrisches Umkehrgetriebe verwendet würde,
Meßungenauigkeiten vor allem aus folgenden Gründen mit sich: Es wurde festgestellt,
daß zwar verhältnismäßig große auf die Gegenkörper übertragbare Antriebsdrehmomente
dem Meßrad zur Verfügung stehen, z. B. in der Größenordnung von einigen 100 cmp
(cmpond), sind jedoch auf die Rotorkörper in einander gleichem Drehsinn durch die
zähe Flüssigkeit hindurch übertragenen Drehmomente verhältnismäßig klein, nur einige
cmp, z.B. etwa 3 cmp ; zum Ausgleich dieser Drehmomente durch deren gegensinnige
Übertragung auf die den ellen der Rotorkörper gemeinsam zugeordnete, mit dem Zählwerk
gekoppelte Abtriebswelle ist jedoch technisch zweckmäßigerweise an dieser zum Antrieb
des Zählwerks nur ein wesentlich, z. B. um Zehnerpotenzen kleineres oder praktisch
Null betragendes Drehmoment von z.B. etwa 1/100 cmp erforderlich, entstehen aber
Reibungsmomente am Zählwerk bzw. an der Abtriebswelle.
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Für die der zu messenden Wärmemenge proportionale Drehzahl ist aber
die Größe der an der Abtriebswelle miteinander ausgeglichenen DrLhmomente der Rotorkörper,
von denen der
eine gleichsinnig mit dem eran*roibenden Drehmoment
z. B. des Gegenkörpers im Uhrzeigersinn mitgenommen wird, während der andere Rotorkörper
gegensinnig zu dem auf ihn übertragenen Drehmoment von dem erstgenannten Rotorkörper
im entgegengesetzten Drehsinn als dieser mitgenommen wird, maßgebend, wobei die
Drehzahl der Abtriebswelle sehr viel geringer ist als die Drehzahl eines Rotorkörpers
wäre, wenn er nicht durch ein Umkehrgetriebe mit dem Rotorkörper der anderen Meßeinheit
gekuppelt wäre. Die Reibungsmomente im Umkehrgetriebe spielen als Me#fehlerquelle
so lange keine Rolle, wie sie bei mittleren Arbeitsbedingungen gegenüber den zum
Ausgleich kommenden Drehmomenten von einigen cmp klein sind. Bei kleinen Durchflußmengen
pro Zeiteinheit und/oder kleinen Temperaturdifferenzen zwischen den zähen Flüssigkeiten
beider M'eßeinheiten sind aber die Drehmomente an den Rotorkörpern sehr viel kleiner
und können oder werden die Reibungsmomente im Umkehrgetriebe die Größenordnung der
miteinander ausgeglichenen Drehmomente der Rotorkörper erreichen bzw. mindestens
einen nicht mehr vernachlässigbaren Meßfehler ergeben. Das gilt insbesondere dann,
wenn nicht sehr hohe fein-mechanische Anforderungen an die Zahnräder oder sonstigen
beweglichen Teile des Umkehrgetriebes gestellt und erfüllt werden, wodurch einerseits
das Meßgerät übermäßig verteuert würde und der Verschleiß nach einiger Gebrauchszeit
des Meßgerätes wiederum zu den genannten Meßfehlern führt. Bestehen aber die hohe
Präzision und praktisch reibungsfreies Arbeiten demgemäß bei den bekannten Ausführungsformen
eines ärmemengenzählers der eingangs genannten Art nicht,
so können,
wenn die Differenz der Temperaturen zwischen Vorlauf und Rücklauf des Wärmeträgerstromes
nur gering ist, z.B. nur 1 - 2°C beträgt, die Reibungsmomente am Umkehr- bzw.
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Kupplungsgetriebe sogar dazu führen, daß der 1ärmemengenzähler stehen
bleibt, obgleich die gegebene Temperaturdifferenz nicht Null ist. Zwar ist es schon
beim derzeitigen Stand der Technik möglich, durch hohe technische Präzision ein
Ansprechen des Wärmemengenzählers bei etwa 1-2° Temperaturdifferenz zu erreichen,
jedoch bedeutet trotz so hoher Ansprechempfindlichkeit ein gleichwohl in Kauf zu
nehmender Fehler von 20 bei einer Temperaturdifferenz von z.B. 200 zwischen Vorlauf
und Rücklauf schon einen Meßfehler von 10 %.
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Aus diesen aus praktischen Erfahrungen mit dem bekannten Wärmemengenzähler
gewonnenen Erkenntnissen heraus beateht die Aufgabe der Erfindung darin, die Meßfehlerquellen
der vorgenannten Art zu beheben die durch die Verwendung eines Umkehr-bzw. Zwischen~
oder Kopplungsgetriebes zwisohen den Rotorkörpern bedingt sind und die Ansprechempfindlichkeit
sowie die Meßgenauigkeit des Zählers wesentlich zu erhöhen, Gemäß der Erfindung
besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, daß bei einem Wärmemengenzähler der eingangs
genannten Art die Wellen beider Rotorkörper praktisch reibungsfrei kraft-oder formschlüssig
ohne Umkehr- oder Zahnradgetriebe miteinander gekuppelt sind, während die Gegenkörper
beider Meßeinheiten in an sich bekannter Weise gegensinnig angetrieben werden, Auf
diese einfabbe Weise werden nicht nur die vorgenannten Mängel der bekannten eingangs
geschilderten WZrmemengenzähler behoben, ahne daß es dazu aufwendiger Präzisionszwischengetriebe
zwischen den Rotorkörpern und dem zum Zählwerk fUhrenden Abtrieb bedarf und ohne
daß die fehlerfreie Gebrauchszeit des Wärmemengenzählers herabgesetzt wird, sondern
auch eine hohe Meßgenauigkeit erreicht, die auch mit anderen Wärmemengenzählern
bekannter Art bei weitem nicht oder nur durch stark erhöhten apparativen Aufwand
erreicht werden kann, Der erfindungsgemäße Wärmemengenzähler spricht noch bei 1/10°C
Temperaturdifferenz zwischen
Vorlauf und Rücklauf zuverlässig an.
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Insbesondere der einfache Aufbau und die hohe Meßgenauigkeit schen
es auch öglich, den Wär@e@engenzähler ge@ä# der Erfindung als Verbrauchs@esser für
war#e Wairestrager, insbesonlere War@wasser auch an Stellen einzusetzen, an denen
bisher vorzugsweise auf dem Verdunstungsprinzip beruhende Me#geräte verwendet wurden,
die durch Fchler in der Wär@eübertragung zwischen der Zapfleitung und deti eigentlichen
Me#gerät besonders in den Zeiten, in denen nicht gezapft wird, oder bei geringen
Te@peraturen des gezapften Wäreträgers, fehlerbehaftet sind. Zu diese Zweck is es
lediglich erforderlich, den Wärme engenzähler in die War @wasserzapfleitung zu legen,
so daß er die @arewasserte @peratur auf die eine Meßeinheit überträgt. An die Stelle
der sonst bei der (ler engen@essung erforderlichen weiteren Beaufschlagung der anderen
Meßeinheit durch c'ie Kaltwassertemperatur tritt in diese Falle die Beaufschlagung
@it einer Bezugste@peratur, z.B. @it der Temperatur des Kaltwassers oder -.it der
Ungebungstemperatur. Der Zähler ersittelt in diese, Falle daher die Menge des entnommenen
Gebrauchswassers, ultipliziert it der über der Bezugstemperatur liegenden Temperaturdifferenz,
also den wirklichen Wert des gezapften Wassers.
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Durch entsprechende Gestaltung des Gerätes, z.B. durch eine zusätzliche
direkte Kopplung des Me#rades mit dem Zähler über eine geeignete Übersetzung oder
eine unsy metrische Gestaltung der Me#einheiten, llnt sich i@ Be@@rfsfall auch eine
Zählung
erreichen, senn das entnommene Wasser gegenüber der Bezugstemperatur keinen Temperaturunterschied
aufweist d.h. in diesem besonderen Fall wirkt das Gerät zusatzlich als KaltwassrPzähler.
Um Me#fehler, die durch jeweiliges Anwärmen des in der Leitung stehenden Wassers
auftreten würden, zu vermeiden, hält man zweckmäßigerweise die eine Meßeinheit des
Wärmemengenzählers durch einen Nebenschluß geringen Querschnitts zur Zapfleitung
auf der Temperatur des Gebrauchswassers, sofern die Zapfleitung nicht ohnehin einen
Rücklauf hat.
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Voraussetzung für einen einfachen und mit geringen Fertigungskosten
bei hoher iIeßgenauigkeit arbeitenden Verbrauchsmesser dieser Art ist die gleiche
Vorsussetzung, die auch für den Einsatz des 1iärmemengenzählers bei der Verbrauchs~
messung an Heizanlagen aus den gleichen Gründen zugrunde gelegt ist, nämlich daß
im Wärmeträgerstrom ein e@@@ges Meßrad für die Durchflußmenge des iärmeträgerstromes
pro Zeiteinheit vorgesehen ist, das vorzugsweise entweder nur
im
Vorlauf oder nur im Rücklauf des Wärmetragerstroms angeordnet ist, z.B. nur ein
einziges Meßrad an nur einer dieser Stellen.
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'ärmemengenzähler, die sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf je ein
gesondertes Meßrad benötigen, sind sowohl im Aufbau, im Raumbedarf als auch in den
Fertigungskosten wesentlich aufwendiger und außerdem für Störungen, die Meßfehler
bedingen, anfälliger als mit (nur) einem entweder im Vorlauf oder im Rücklauf des
Wärmeträgerstroms angebrachten Meßrad arbeitende W-irmemengenzähler.
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Diese Nachteile hat auch ein bekannter Wärmemengenzähler, der in der
eingangs genannten Art aufgebaut ist, mit dem Unterschied, daß sowphl im Vorlauf
als auch im Rücklauf des Wärmeträgerstroms je ein Meßrad vorgesehen ist, das den
Gegenkörper des zugehörigen Rotorkörpers bildet, wobei jedoch die beiden Me#räder
bzw. Gegenkörper gegensinnig in Drehung versetzt werden und die Rotorkörper Dauermagnete
sind, die selbst ein Ausgleichsgetriebe für die gegensinnig auf sie übertragenen
Drehmomente bilden, Auch bei einer Ausführungsform der Erfindung kann eine solche
magnetische Kopplung der Rotorkörper bzw. ihrer ellen verwendet werden, jedoch unter
der genannten Voraussetzung, daß die Gegenkörper der Rotorkörper von einem einzigen
Meßrad aus gegensinnig in Drehung versetzt werden.
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Außer den schon genannten Vorteilen der Erfindung hinsichtlich Meßgenauigkeit,
einfachem Aufbau, billiger Fertigung und geringer Störanfälligkeit ergibt sich für
die praktischen Ausführungsformen eine weitere Vereinfadung im Aufbau dadurch, daß
die beiden Meßeinheiten in Achsrichtung der Rotorkörper gesehen
vorzugsweise übereinander angeordnet sein können, Dabei können die Wellen der Rotorkörper
ganz ender nahezu koaxial miteinander verlaufen und vorzugsweise einstückig miteinander
verbunden sein oder durch ein Gelenk oder eine biegsame Welle miteinander gekuppelt
sein.
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Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit der Wärmemengenmessung kann
gemäß der Erfindung das Meßergebnis, nämlich die Drehzahl der miteinander gekuppelten
Rotorkörperwellen, auch noch von den geringen, für den Antrieb des Zählwerks erforderlichen
Drehmoment unabhängig gemacht werden, d.h. es können die auf die miteinander gekuppelten
Rotorkörperwellen übertragenen gegensinnigen Drehmomente ganz ausgeglichen werden
und die von der Temperaturdifferenz zwischen den Meßeinheiten und der Durchflußgeschwindigkeit
des Wärmeträgers am Meßrad abhängigen veränderlichen Drehzahlen dieser Wellen-statt
mechanisch durch eine Verlängerung einer dieser Wellen über ein Untersetzungsgetriebe,
z. B. Schneckengetriebe - frei von den dabei am Zählwerk und an diesem Getriebe
zu überwindenden Drehmomenten der Reibungskräfte auf das Zählwerk mittels eines
an sich bekannten, borzugsweise elektrisch, induktiv oder elektro-
optisch arbeitenden UbertragersLübertragen werden. Zu diesem Zweck kann z. B. eine
der miteinander gekuppelten Rotorkörperwellen eine Blenden- oder Lochsoheibe in
der Bahn eines durch eine Optik gesammelten Lichtbündele tragen, das durch die Löcher
der Scheibe nach Maßgabe ihrer Drehzahl durchgelassen wird und im Takte dieser Lichtsignale
auf ein;Photoelement auftrifft, das über eine entsprechende, mit Stromquelle versehene
Relaisechaltung und einen Motor den Antrieb des Zählwerks steuert. Statt dessen
kann auch ein
mit Speisestromquelle für den Antrieb des Zählwerks versehener Übertrager verwendet
werden.
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Selbstverständlich müssen in an sich bekannter Weise die Abmessungen
der die Drehmomente und etwaige Bremamomente der miteinander gekuppelten Rotorkörperwellen
bedingenden Teile (d.h. insbesondere die Abmesaungen und Formen der Rotorkörper
und ihrer Gegenkörper) und die gleichfalls für diese Drehmomente maßgebenden Zähigkeiten
und Füllhöhen der viekosen Flüssigkeiten sowie die Temperaturabhängigkeit dieser
Flüssigkeiten bei bzw. in der einen und der anderen Meßeinheit derart aufeinander
und auf die auf sie übertragenen Antriebsdrehzahlen abgestimmt sein, daß bei gleicher
Temperatur dieser Plilssigkeiten die miteinander gekuppelten Wellen der Rotorkörper
stillschen -damit dann auch das Zählwerk stillsteht, sofern ee nicht
neben
der Wärmemengenzählung zugleich für Durchflußmengenzählung bei einem atarmwassermesser
ausgebildet ist, der auch pei Kaltwasserverbrauch ein Zählergebnis liefern soll.
enn die letztgenannte Zählung nicht verlangt wird, sondern lediglich eine Wärmemengenzählung,
wird die vorgenannte Abstimmung der Meßeinheit hinsichtlich der die \-rärmemengenzählung
bedingenden Faktoren ihres Aufbaus und der zähen Flüssigkeiten am einfachsten in
an sich bekannter heise dadurch erreicht, daß alle maßgebenden Abmessungen und Antriebsdrehzahlen
beider Me#einheiten einander gleich gewählt werden und in beide Me#einheiten die
gleiche Menge der gleichen zähen Flüssigkeit eingefüllt werden.
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Letzteres gilt auch dann, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung der Gegenkörper des Rotorkörpers der einen Meßeinheit der drehbare
Behälter der zähen Flüssigkeit und der Rotorkörper der anderen Meßeinheit der Behälter
der zähen Flüssigkeit ist. Im Vergleich zu einer symmetrischen Ausführungsform der
beiden Meßeinheiten, bei der die Gegenkörper der Rotorkörper b e i d e r Me#einheiten
die Behälter der zähen Flüssigkeit sind, hat die vorgenannte bevorzugte Ausführungsform
den Vorteil, daß bei der einen Meßeinheit für eine Durchführung der mit dem Rotorkörper
der anderen Meßeinheit verbundenen Welle durch den Gegenkörper der erstgenannten
Meßeinheit eine flüssigkeitsdichte
Stopfbüchsenpaclcung nicht erbrderlich
int, sondern eine solche Packung und eine Wellendurchführung entfallen, weil diese
Rotorkörperwelle zugleich die Welle des als Flt!ssigkeitsbehälter ausgebildeten
Rotorkörpers der anderen Meßeinheit und mit diesem fest verbunden ist, während die
Welle des in diesem Behälter angebrachten Gegenkörpers in einen Spurlager des Behälterbodens
einerseits und außerhalb des Behälters andererseits gelagert ist. Auf diese Weise
wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch noch das Reibungsmoment
einer Stopfbüchsen-Wellendurchführung an dem zum Zählwerk führenden Abtrieb der
praktisch oder ganz miteinander ausgeglichenen Drehmomente vermieden und noch höhere
Meßgenauigkeit erreicht.
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Nachstehend werden die beiden vorgenannten praktischen Ausführungsformen
der Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigen
teils schematisch unter Weglassung sämtlicher Rahmenteile und äußeren GehOuseteile,
teils in lotrechtem Schnitt durch die Neßeinheiten, das Meßrad und die zugehörigen
Getriebe-teile Fig. 1 eine Ausfüurungsform der Erfindung, insbesondere fur Wärmemengenmessung,
mit im wenentlichen symmetrischer Ausbildung der beiden McßeinI'eiten in Übereinanderanordnung
mit einet gemeinsamen Abtriebswelle der Rotorkörper ;
Fig. 2 eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung insbesondere als Wärmemengenzähler, mit
einem im Innern des als Behälter für die zähe Flüssigkeit ausgebildeten Gegenkörpers
angeordneten Rotorkörper bei der einen Meßeinheit und einem als Behälter für die
zähe Flüssigkeit ausgebildeten Rotorkörper mitrdeStn angebrachten Gegenkörper bei
der anderen Meßeinheit in Übereinanderanordnung und Fig. 3 schaubildlich ein Venturirohrstück,
das nahe dem Meßrad in dessen Zulauf- oder AblauSleitung eingesetzt werden kann
und zur Abzweigung eines Teilstroms von dem Wärmeträgerstrom dient, der zu einer
Heizschlange der einen Meßeinheit und von dieser zurück zu dem Ventonirochrstück
zurück führt.
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Bei den beiden Ausführungsformen der Erfindung mch Fig, 1 und 2 sind
diejenigen Teile des Wärmemengenzählers, die die gleiche Punktion haben, mit den
gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Ein als GSnzee mit 3 bezeichnetes Meßradgehäuse kann in Vorlauf des
Wärmeträgerstroms, der in das Gehäuseinnere in Pfeilrichtung 2 durch einen Anschlußstutzen
1 eintritt und dieses Gehäuse durch einen Stutzen 4 in Pfeilrichtung 5 verläßt,
angeordnet sein, ist aber vorzugsweise im Rücklauf des Wärmeträgerstroms eines Heizkörper
oder eines Heizkörpersystems
oder eines Warmwasserzapfsystems
angeordnet. Das im Gehäuseinnern bei 9 und 10 mittels einer Welle 8 gelagerte, als
Ganzes mit 6 bezeichnete und mit Flügeln 7 versehene Meßrad wird von Wärmeträgerstrom
bzw. bei Anzapfung von Wasser an einer Verbraucherstelle mit einer der Durchflußmenge
pro Zeiteinheit entsprechenden Drehzahl in Umlauf versetzt, wobei ein auf der Welle
8 sitzender Dauermagnet 11 mitgenommen wird. Dieser treibt mit der gleichen Drehzahl
einen fest auf einer Welle 12 sitzenden Dauermagneten 14 in gleicher Drehrichtung
an. Das untere Ende der Welle 12 ist bei 13 an Deckel 3' des Meßradgehäuses 3 und
am oberen Ende bei 38' am nicht gezeichneten Geräterahmen gelagert. Fest auf der
Welle 12 sitzt ferner ein Zahnrad 15, das mit einem fest auf einer Welle 17 sitzenden
Zahnrad 16 kämmt, wobei die Welle 17 bei 18 am nicht gezeichneten Geräterahmen gelagert
ist und an ihrem oberen Ende bei 17'einstückig in ein Spurlager einer Welle 24 vergeht,
das einstückig mit einem als Flüseigkeitsbehälter ausgebildeten Gegenkörper 19 eines
fest auf der Welle 24 sitzenden Rotorkörpers 20 der unteren Meßeinheit 21 verbunden
ist. Diese Meßeinheit besitzt einen den Gegenkörper 19 in geringem Abstand umgebenden
ortsfesten Gehäusenantel 22 aus gut wärmeleitendem Metall, der von einen gut wärmeleitend
mit ihm verbunden und aus gut wärmeleitendem Metall bestehenden Trägerstück 23 gehalten
wird, dessen unterer Schenkel in gut wärmeleitender Verbindung auf dem Deckel 3'
des Meßradgehäuses 3ruht.
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Eine zweite Meßeinheit 31 ist im wesentlichen symmetrisch zur Meßeinheit
21 mit gleichen Abmessungen ### als Rotationsviskosimeter aufgebaut und besitzt
einen fest auf einer Welle 24' sitzenden Rotorkörper 25, einen in noch zu beschreibender
Weise drehbar gelagerten Gegenkörper 26, der mit einer zähen Flüssigkeit 28', vorzugsweise
der gleichen zähen Flüssigkeit wie bei 28 in der Meßeinheit 21, gefüllt ist, und
einen Gehäusemantel 39', der den Gegenkörper 26 allseitig mit Abstand umgibt und
ortsfest am nicht gezeichneten Geräterahmen befestigt ist.
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Das aus dem Gehäusemantel 39' nach oben vorragende Ende der Welle
24' ist in einem am Rahmen befestigten
42 drehbar gelagert und trägt eine Schnecke 41, die mit einem Schneckenrad 43 kämmt,
das fest auf der Welle 45 eines Zählwerks 44 sitzt, das in üblicher Weise nach Maßgabe
der Drehzahl der Welle 24' integrierend den Wärmemengenverbrauch eines Heizsystems
oder Heizkörpers oder bei der Abzapfung von Warmwasser angibt.
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Anliegend an der äußeren Mantelfläche des Gehäusemantels 39' ist eine
Heizschlange 40 angebracht, die von einem vom Vorlauf des Heiz- oder Zapfsystems
abgezweigten heißen Teilstrom des Wärmeträgers gespeist wird, wenn das Meßrad 6,
wie bevorzugt, im Rücklauf des ETe~z-oder Zapfsystem3 angeordnet ist. Liegt jedoch
das Meßrad 6 bzw. dns Me#radgehäuse 3
im Vorlauf, so wird die Heizschlange
40 von einem vom Rücklauf des \'ärmeträgerstroms abgezweigten kälteren Teilstrom
des Wärmeträgers durchströmt. In beiden Fällen kann die Abzweigung des Teilstroms
für die Heizschlange 40 z.B. mittels eines Venturirohrstückes 52 (Fig. 3) erfolgen,
dem der ßärmeträgerstrom der zum Heizsystem oder zur Zapfstelle führenden Leitung
in Pfeilrichtung 5' zuströmt und von dem ein vor der Venturieinschnürung 53 abgezweigtes
Rohr 40b zur Heizschlange 40 führt, von der der Teilstrom durch eine Leitung 40c
in den Raum der Einschnürung 53 und somit in das Rohrstück 52 an einer Stelle zurückführt,
an der zu folgender Einschnürung größere Strömungsgeschwindigkeit und geringerer
Druck als vor dieser Venturidüse herrscht.
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Die vorstehend beschriebenen Teile, 3hre Anordnung und Ausbildung
sind an sich für einen Wärmemengenzähler der eingangs genannten Ärt bekannt, mit
Ausnahme der erfindungsgemäßen Übereinanderanordnung der Meßeinheiten 21 und 31
und des Umstandes, daß zwischen dem Gehäusemantel 39 bzw. 39' und dem Gegenkörper
19 bzvi. 26 nicht eine gut wärmeleitende Flüssigkeit, sondern Luft angebracht ist.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß mit Luft als Zwischenmedium die Rücklauftemperatur,
die in dem gut leitenden Metallträgerstück 23 herrscht bzw. die Vorlauftemperatur,
die in der Heizschlange @kurzen 40 herrscht, innerhalb einer Anlaufzeit,
s. B. in der Größenordnung von etwa 1-2 Ninuten,
durch den Gehäusemantel
39 bzw. 39? und den genannten Luftzwischenraum hindurch praktisch unvermindert auf
den Gegenkörper 19 bzw. 26, die Flüssigkeit 28 bzw. 28' und den Rotorkörper 20 bzw.
25 übertragen wird und dann stationär die ganze Meßeinheit 21 bzw. 51, die die jeweiligeSMaklauftemperatur
bzw. Worlauftemperatur besitzt.
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Die Unterschiede der Erfindung gegenüber dem bekannten eingangs genannten
Wärmemengenzähler beruhen in der Anordnung und der Wirkungsweseder nachstehend beschriebenen
Teile der Figuren 1 und 2. In diesen Figuren sind einander gleiche Teile mit. dem
gleichen Bezugezeichen ohne Zusatz bezeichnet, während Teile der Fig. 2, die die
gleiche Funktion, aber eine andere Ausführung aufweiset mit der gleichen Bezugsziffer
wie in Fig. 1 mit dem Zusatz des Buchstabens a bezeichnet sind. Demgemäß hat z.
B. die Meßeinheit 21 in Fig.
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2 die gleichen Teile und den gleichen Antrieb des Gegenkörpers 19
ausgehend vom Me#rad 6. wie in Fig. 1 Während nun bei dem bekannten Wärmemengenzähler
die Gegenkörper beider Me#einheiten im gleichen Drehsinn angetrieben werden und
die demgemäß im gleichen Drehsinn auf die Rototkörper beider Meßeinheiten übertragenen
Drehmomente durch ein Umkehrgetriebe miteinander ausgeglichen werden, werden nach
Fig. 1 und 2 die Gegenkörper 26 bzw. 26a der oberen Meßeinheit vom Meßrad 6 aus
gegensinnig in Drehung versetzt.
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Hierzu dient ein Zahnradgetriebe, den aus einen auf der Welle 12 festsitzenden
Zahnrad 38, einem gleich großen, mit letzterem kämmenden Zahnrad 37, das auf einer
bei 35 und 36 im Geräterahmen drehbar gelagerten Welle 34 festsitzt, aus einem größeren,
auf der gleichen Welle festsitzenden Zahnrad 33 und einem mit diesem kämmenden gleichgroßen
Zahnrad 32 beateht.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sitzt das Zahnrad 32 fest auf
einer die Welle 24 mit Abstand umgebenden Buchse 32', die in einem Stück mit dem
Gegenkörper 26 ausgebildet ist, d,h, einen unteren Hals dieses Gegenkörpers bildet.
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Dieser Hals nimmt in dem an den Boden des Gegenkörpers 26 anschließenden
Ringraum eine flüssigkeitsdichte Stopfbüchsenpackung 30 auf, durch die die Welle
24 des Rotorkörpers 20 der Meßeinheit 21 hindunchführt. Diese Welle ist in einem
Stüok und koaxial mit der Welle 24' des Rotorkörpers 25 der Meßeinheit 31 ausgebildet.
Die Welle 24, 24' führt durch' einen freien Ringraum 27 eines oberen Halsteils des
Gegenkörpers 19 der Meßeinheit 21 und einen freien Ringraum 29 eines oberen Halsteils
des Gegenkörpers 26 der Meßeinheit 31 hindurch und braucht somit nur an ihren Enden
in Spurlagern 18 und 42 gelagert zu werden.
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Zufolge des gegensinnigen Antriebs der Gegenkörper 19, 26 suchen sich
die durch die Flüssigkeit 28 bzw. 28' auf die Rotorkörper 20 bzw. 25 übertragenen
Drehmomente gleichfalls zueinander gegensinnig auszuwirken, können aber die Rotorkörper
20
und 25 nicht gegensinnig in Drehung versetzen, weil diese beide auf ein und derselben
Welle 24, 24' festsitzen. Ist nun z.B. die Heizschlange 40 von heißeren Vorlauf
des Wärmeträgerstroms aus gespeist, so daß die temperaturabhängige, zähe Flüssigkeit
28' geringere Viskosität als die Flüssigkeit 28 besitzt, so sucht letztere ein größeres
Drehmoment auf den Rotorkörper 20 zu übertragen als die Flüssigkeit 28' auf den
Rotorkörper 25 in entgegengesetztem Drehsinn zu übertragen sucht, was zur Folge
hat, daß der Rotorkörper 25 in gleichen Drehsinn wie der Rotorkörper 20 entgegen
dem Drehsinn des Gegenkörpers 26 in Drehung versetzt wird, bis aufgrund der erhöhten
relativen Drehzahl zwischen den Körpern 25 und 26 Momentengleichgewicht zwischen
den beiden Rotorkörpern 20 und 25 an der Welle 24, 24' hergestellt ist, diese dreht
sich dann bei geeigneter Wahl der zähen Flüssigkeiten 28, 28' mit einer Drehzahl,
die der Differenz der Temperaturen dieser Flüssigkeiten und der Durchflußmenge pro
Zeiteinheit im Meßradgehäuse 3 proportional ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist, wie schon erwähnt, bei der
Meßeinheit 31 das die Flüssigkeit 28' aufnehmende Gehäuse 25a der Rotorkörper und
der in der Flüssigkeit liegende Körper 26a der vom Meßrad 6 aus gegensinnig zum
Gegenkörper 19 der Meßeinheit 21 angetriebene Gegenkörper des Rotorkörpers 25a.
Er sitzt fest auf einer eigenen Welle 26', die zwar koaxial zur Welle 24 verläuft,
mit dieser aber nicht
gekuppelt ist, sondern unabhängig von dieser
in einem äußeren, am nicht gezeichneten Rahmen festsitzenden Spurlager 42? und einem
Spurlager 29b gelagert ist, das ein Stück mit dem Rotorkörper 25a an dessen Boden
bildet.
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Ein Hals am oberen Ende des Rotorkörpers 25a bildet mit der Welle
26' einen freien Ringraum. Um den Gegenkörper 26a vom Meßrad 6 aus über das Umkehrgetriebe
38, 37, 33, 32 gegensinnig zum Gegenkörper 19 der Meßeinheit 21 anzutreiben, ist
das Zahnrad 32 mittels einer Buchse 32a fest mit der \ Welle 26' verbunden.
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Die Welle 24 der Meßeinheit 21 ist außer in dem unteren Spurlager
17' am Boden des Gegenkörpers 19 noch außerhalb der Meßeinheit 21 in einem am Rahmen,
vorzugsweise am Gehäusemantel 39', festen Gleit- oder Kugellager 51 gelagert.
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Da sie einerseits fest mit dem Rotorkörper 20 der Meßeinheit 21, andererseits
über den Spurlagerkörper 29b fest mit dem Rotorkörper 25a der Meßeinheit 31 verbunden
ist, bildet sie bei dieser Ausführungsform die gemeinsame Abtriebswelle beider Rotorkörper,
die die zwei Wellenteile 24 und 24' der Ausführungsform nach Fig. 1 ersetzt.
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Der Abtrieb der Welle 24 zum Schneckenradgetriebe 41, 43 des Wärmemengenzählwerks
44 erfolgt bei der Ausführungsform nach Fig. 2 durch ein fest auf der Welle 24 zwischen
den Meßeinheiten 21 und 31 angebrachtes Zahnrad 46, das mit
einem
größeren Zahnrad 47 kämmt, welches fest auf einer in Spurlagern 48 und 42a gelagerten
Welle 50 sitzt, die die Schnecke 41 des Schneckenradgetriebes 41, 43 trägt.
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Die Wirkungsweise der Meßeinheit 21 und 31 ist die gleiche wie bei
der Ausführungsforn nach Fig. 1, mit dem einzigen Unterschied, daß bei der Meßeinheit
31 nach Fig. 2 das antreibende Drehmoment auf den innenliegenden Gegenkörper 26a
und von diesen nach außen durch die Flüssigkeit 28' hindurch ein Drehmoment auf
den hier außenliegenden Rotorkörper 2 > und durch diesen unmittelbar auf die
Welle 24 des Rotorkörpers 20 gegensinnig zu dem auf diesen übertragenen Drehmoment
überträgt. Die Größenverhältnisse der drehbaren Körper der Meßeinheit 21 und 31
sind wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 auch nach Fig. 2 so, vorzugsweise einander
gleich, gewählt und auf die Zähigkeit der gleichfalls vorzugsweise einander gleichen
Flüssigkeiten 28 und 28' abgestimmt, daß zufolge den vorzugsweise einander gleich
gewählten Antriebsdrehzahlen der Zahnräder 16 und 32 die auf die Rotorkörper 20
und 25a gegensinnig übertragenen Drehmomente einander gleich sind und sich aufheben,
wenn die Temperaturen der Flüssigkeiten 28 und 28' einander gleich sind, so daß
das Zählwerk 44 stehen bleibt, wenn von dem Heiz- oder Warmwasserzapfsystem keine
Wärme abgegeben wird, es sei denn daß zur Messung des Kaltwasserverbrauchs eine
der Drehzahl des Meßrnds 6 entsprechende oder proportionale Größe
auf
das Zählwerk übertragen wird.
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Findet eine Wärmeabgabe statt, d.h, iet die eine der Flüssigkeiten
28 und 28', z. B. die letztere vom Vorlauf des Heizungesystems oder Heizkörpers
her durch die Heizschlange 40 auf höhere Temperatur gebracht als die Flüssigkeit
28, so überwiegt
das auf den Rotorkörper 20 aber tragene Drehmoment dasjenige, das auf den Rotorkörper
2ga im Gegendrehsinn übertragen wird, so daß letzterer entgegen diesem Drehsinn
des übertragenen Drehmomentes durch die Welle 24 gegensinnig zum Gegenkörper 26a
Mitgenommen wird und relativ zu diesem sofort eine erhöhte Drehzahl annimmt, bei
der das entsprechend erhöhte auf den Rotorkörper ZCa tibertragene Drehmement demjenigen
des Rotorkörpere 20 gegensinnig praktisch gleich ist. Die dabei resultierende Drehzahl
der den beiden Gegenkörpern gemeinsame Welle 24 ist wiederum ein Maß für den Wärmeverbrauch,
das bei geeigneter Wahl der Temperaturabhängigkeit der Flüssigkeiten 28 und 28 der
Temperaturdifferenz zwischen diesen Flüssigkeiten bzw. zwischen Vorlauf und Rücklauf
des Heizsystems oder im Falle eines Warmwassermessers zwischen Zapfwassertbaperatur
und Kaitwasser- oder Umgebungstemperatur proportional ist, Dabei liegt ein Vorteil
der Ausführungsform nach Fig. 2 gegenüber derjenigen nach Fig. 1 darin, daß die
bei Fig. 1
notwendige, - Reibung an der Durchführung der Welle
24, 24' verursachende -,Stopfbüchsenpackung 30 nicht benötigt und dadurch der durch
diese Reibung bedingte kleine meßfehler vermieden wird, der bei kleinen Temperaturdifferenzen
von ein oder einigen Zehntel Grad Celsius zwischen den Flüssigkeiten 28 und 28'
die genaue Mengenmessung stören könnte.
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Hingegen wird durch das Zahnrad- und Schneckenuntersetzungsgetriebe
der Teil 46, 47, 41, 43 (d.h. auch durch die Hinzunahme der Zahnräder 46 und 47
bei der Ausführungsform nach Fig. 2) praktisch kein Meßfehler bedingt, da das Zählwerk
an der Welle 50 der Fig. 2 bzw. 24' der Fig. 1 zu seinem Antrieb in einer normalen
Ausführung des {ärmemengenzählers für dessen Drehzahl bei mittleren Arbeitsbedingungen
nur noch ein Drehmoment von weniger als 13 % des an den Meßeinheiten zur Verfügung
stehenden Drehmoments, z. B. etwa 1/100 cmp benötigt, das vernachlässigbar klein
ist gegenüber dem bei solchen Bedingungen an den Rotorkörpern auftretenden Drehmoment,
so daß man auch das Reibungsmoment des Schnecken getriebes 41, 43 und des Zahnraduntersetzungsgetriebes
46, 47 vernachlässigbar klein ist.
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Im übrigen kann bei der Ausführungsform nach Fig. 2 das Zahnradpaar
46, 47 erspart werden, wenn man konstruktive Schwierigkeiten in Kauf nimmt und z.B.
die Welle 26' als Hohlwelle ausführt, die, bei 29b flüssgkeitsdicht und bei 42 in
je einem Ringspurlager gelagerb--lst, und die Welle 24 wie in Fig. 1 durch ein Wellenstück
24' bis zur
Schnecke 41 durch die Hohlwc'le hindurch verlängert.
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Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 1 als auch bei der Ausführungsform
nach Fig. 2 kann das mechanische Untersetzungsgetriebe 41, 43 bzw. 46, 47, 50, 41,
43 als nur symbolische Darstellung irgend einer praktisch oder ganz reibungsfreien
Übertragungsvorrichtung betrachtet werden, die die resultierende Abtriebsdrehzahl
der beiden Rotorkörper beider Meßeinheiten 21 und 31 als Meßgröße an ein Wärmemengenzählwerk
oder konbiniertes Wärnenengen-und Warmwassermengenzählwerk liefert. Wie bereits
erwähnt, kann ein vollständig reibungsfreier Übertrager durch elektromagnetische
oder elektrooptische Mittel an sich bekannter Art gebildet werden, der als Meßgröße
Signale an das von einem Relais mit der notwendigen Antrieb energie gespeiste Zählwerk
liefert.
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Abweichend von Fig. 2 könnte auch bei der Meßeinheit 21 der Behälter
19 als Rotorkörper dienen und direkt durch ein kurzes Wellenstück mit dem Zahnrad
46 und den Rotorkörper 25a verbunden werden, während dr Körper 20 als Gegenkörper
durch die Welle 17 unmittelbar durch eine bei 17' angebrachte Stopfbüchse hindurch
nngetrieben würde.
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Bei lotrechter Anordnung der Me#einheit en 21 und 31 würde aber hierdurch
kein Vorteil gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 erreicht. Im übrigen können
die Zahnräder 15 und 16
und gewünschtenfails auch die Zahnräder
37 und 38 zur Ersparnis an Tlatzbedarf im Me#radgehäuse 3 untergebracht werden,
wenn die Wellen 12 und 17 bzw. auch 34 durch den Deckel 3 mit Stopfbüchsen oder
magnetischen Kupplungen hindurchgeführt werden odr man teilt das Untersetzungsgetriebe
in ein im Me#radgehäuse laufendes und ein außerhalb laufendes Teilgetriebe auf,
wie dis bei Wassermessern üblich ist. Statt unmittelbarem Antrieb der Gegenkörper
der Neßeinheiten vom Meßrad aus könnte ein mittelbarer Antrieb, z. 3. über eine
elektrische zelle oder ein elektrisches oder mechanisches Schrittschaltwerk verwendet
werden.
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Die Proportionalität der Temperaturdifferenz zwischen den zähen Flüssigkeiten
28, 28 und der ; ärmemengenmessung am Zählwerk wird in an sich bekannter Weise am
besten erreicht, wenn als zähe Flüssigkeit bei beiden Me#einheiten 21, 31 ein Öl,
vorzugsweise ein Silikonöl, gewählt wird, dessen Zähigkeit bei 200C zwischen 5000
und 50 000 Centistokes beträgt und dessen Temperaturabhängigkeit eine Funktion von
C. e kT ist, wobei e die Basis der natürlichen Logarithmen, T die absolute Temperatur
der zähen Flüssigkeit und C bzw. k Konstanten sind.