DE202018104770U1

DE202018104770U1 - Trinkwassererwärmer mit Belüftungsarmatur

Info

Publication number: DE202018104770U1
Application number: DE202018104770.1U
Authority: DE
Original assignee: Hans Sasserath GmbH and Co KG
Current assignee: Hans Sasserath GmbH and Co KG
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2028-08-21

Abstract

Belüftungsarmatur (10; 210) für Trinkwassererwärmer (14; 214) mit einem Luftpolster (28) zur Aufnahme von Ausdehnungswasser enthaltend:
(a) ein Armaturengehäuse (30; 230) mit einem Wassereinlass (36; 236) und einem Wasserauslass (38; 238) und einem zwischen Wassereinlass und Wasserauslass angeordneten, wasserführenden Gehäuseinnenraum (102; 266),
(b) wenigstens einen an dem Armaturengehäuse (30; 230) vorgesehenen, mit der Atmosphäre verbindbaren Lufteinlass (40, 42),
(c) ein in dem Lufteinlass angeordnetes Einlassventil (116, 118) welches eine luftgefüllte Druckkammer (134) begrenzt, deren Druck in Schließrichtung auf das Einlassventil (116, 118) wirkt,
(d) ein die Druckkammer (134) begrenzendes, bewegliches Hubelement (108, 110), dessen Bewegung zu einer Volumen- und Druckänderung in der Druckkammer (134) führt, durch welche das Einlassventil (116, 118) öffnet oder schließt; und
(e) ein richtungsabhängiges Auslassventil (128), welches bei Erreichen eines vorgegebenen Druckes in der luftgefüllten Druckkammer (134) öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass
(f) ein Antrieb zum Bewegen des Hubelements vorgesehen ist;
(g) das Auslassventil (128) zwischen Lufteinlass und dem wasserführenden Gehäuseinnenraum (102) angeordnet ist, so dass Luft in den wasserführenden Gehäuseinnenraum (102) des Armaturengehäuses (30) entweicht, wenn das Auslassventil (128) öffnet, und
(h) der Wassereinlass (36) und der Wasserauslass (38) zur Installation in einer Zuleitung (12) des Trinkwassererwärmers (14) ausgebildet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Belüftungsarmatur für Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster zur Aufnahme von Ausdehnungswasser enthaltend:

(a) ein Armaturengehäuse mit einem Wassereinlass und einem Wasserauslass und einem zwischen Wassereinlass und Wasserauslass angeordneten, wasserführenden Gehäuseinnenraum,
(b) wenigstens einen an dem Armaturengehäuse vorgesehenen, mit der Atmosphäre verbindbaren Lufteinlass,
(c) ein in dem Lufteinlass angeordnetes Einlassventil, welches eine luftgefüllte Druckkammer begrenzt, deren Druck in Schließrichtung auf das Einlassventil wirkt,
(d) ein die Druckkammer begrenzendes, bewegliches Hubelement, dessen Bewegung zu einer Volumen- und Druckänderung in der Druckkammer führt, durch welche das Einlassventil öffnet oder schließt; und
(e) ein richtungsabhängiges Auslassventil, welches bei Erreichen eines vorgegebenen Druckes in der luftgefüllten Druckkammer öffnet.

Die Erfindung betrifft ferner einen Trinkwassererwärmer mit einer solchen Belüftungsarmatur und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Belüftungsarmatur. Ein Trinkwassererwärmer besteht im Wesentlichen aus einem geschlossenen, wassergefüllten Behälter. Der Behälter hat einen in der Regel am unteren Ende vorgesehenen Einlass. Durch den Einlass wird kaltes Trinkwasser in den Behälter gefüllt. Eine elektrische Heizspirale oder ein mit heißem Wasser durchflossener Wärmetauscher heizt das Wasser in dem Trinkwassererwärmer. Das heiße Wasser wird an einem Auslass bereitgestellt. Wenn heißes Wasser gezapft wird, fließt frisches Trinkwasser über den Einlass nach.
Stand der Technik
Wenn Wasser in einem Trinkwassererwärmer erwärmt wird, dehnt es sich aus. Das so entstehende Ausdehnungswasser kann über ein Sicherheitsventil in einen Abfluss abgeleitet werden. Dann geht das Wasser verloren. Es ist daher bekannt Ausdehnungsgefäße zu verwenden. Diese nehmen Ausdehnungswasser auf und führen es ggf. zurück. Nachteilig dabei ist es, dass Ausdehnungsgefäße sehr voluminös sind. Ihre Installation ist aufwändig und die Geräte sind vergleichsweise teuer.
Unter dem Handelsnamen „Megaflo“ vertreibt das Unternehmen Heatrae Sadia, beispielsweise im Internet unter www.megaflo.com Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster. Das Luftpolster befindet sich im gleichen Volumen wie das zu erwärmende Trinkwasser. Eine schwimmende Trennplatte trennt das Luftpolster vom Wasser. Das Luftpolster erlaubt die Ausdehnung des Wassers ohne Ansprechen des Sicherheitsventils. Das Luftpolster der bekannten Anordnung muss regelmäßig nachgefüllt werden.
GB 2 431 461 A und GB 2 413 623 A beschreiben einen Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster ohne Trennplatte zur internen Expansion. Zum Auffüllen des Luftpolsters ist ein Ventil mit einer Venturidüse im Kaltwasserzulauf vorgesehen. Dabei wird die Luft gemeinsam mit dem Wasser transportiert. Durch die Düse wird unkontrolliert Luft in die Installation und in das Luftpolster eingebracht. Nachteilig bei dieser Anordnung ist es, dass die in der Installation enthaltene Luft zu ungleichmäßigem Wasserfluss an der Zapfstelle führt. Luft ist aufgrund des hohen Sauerstoffgehalts ferner unerwünscht in der Installation, weil der Sauerstoff die Korrosion der Installation fördert.
DE 20 2016 104 365 U1 offenbart einen Trinkwassererwärmer mit einer Belüftungseinrichtung innerhalb des Trinkwassererwärmers. Ein Kolben wird beim Zapfen von Wasser bewegt und Luft wird durch einen gesonderten Lufteinlass in das Luftpolster eingelassen. Die Anordnung ist so aufgebaut, dass immer nur eine Hubbewegung bei jedem Zapfvorgang erfolgt. Die Installation der Armatur innerhalb des Trinkwassererwärmers ist nachteilig und erfordert einen gesonderten Lufteinlass.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Belüftungsarmatur für Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster zu schaffen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Belüftungsarmatur der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass

(f) ein Antrieb zum Bewegen des Hubelements vorgesehen ist;
(g) das Auslassventil zwischen Lufteinlass und dem wasserführenden Gehäuseinnenraum angeordnet ist, so dass Luft in den wasserführenden Gehäuseinnenraum des Armaturengehäuses entweicht, wenn das Auslassventil öffnet, und
(h) der Wassereinlass und der Wasserauslass zur Installation in einer Zuleitung des Trinkwassererwärmers ausgebildet sind.

Die Erfindung sieht vor, dass die Luft in den wasserführenden Gehäuseinnenraum des Armaturengehäuses entweicht. Das ermöglicht, dass die Armatur in der Zuleitung des Trinkwassererwärmers installiert werden kann und nicht innerhalb des Trinkwassererwärmers. Dies erlaubt wiederum eine einfache Installation, ohne dass der Kessel verändert werden muss. Auch wird der Austausch von veralteten, weniger leistungsfähigen oder defekten Geräten ermöglicht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Antrieb einen Motor umfasst. Dabei hat es sich als besonders einfach herausgestellt, wenn der Motor ein elektrischer Motor ist, der mit Energie aus einer Energiequelle für elektrische Energie gespeist wird. Es kann aber auch jeder andere Motor verwendet werden. Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn die Energiequelle von austauschbaren Batterien oder Akkumulatoren gebildet ist. Dann ist keine Elektroverkabelung erforderlich und die Anordnung kann an beliebiger Stelle installiert werden.
Bei Verwendung eines Motors ist es besonders vorteilhaft, wenn

(a) ein Drucksensor vorgesehen ist, welcher den Druck, den Druckverlauf, und/oder den Druckabfall im wasserführenden Teil der Armatur beim Zapfen von Wasser erfasst; und
(b) eine mit den Signalen des Drucksensors beaufschlagte Steuerung vorgesehen ist, welche den Antrieb nach Maßgabe der Signale steuert.

Alternativ wird der Motor nach Maßgabe von Erfahrungswerten oder anderen Messwerten, beispielsweise dem Zapfverhalten, gesteuert und immer dann Luft in den wasserführenden Teil der Belüftungsarmatur und damit in den Trinkwassererwärmer eingelassen, wenn sich aus den Erfahrungs- oder Messwerten ergibt, dass nicht mehr genügend Luft im Trinkwassererwärmer vorhanden ist. Eine Steuerung mittels Drucksensor vermeidet demgegenüber Ungenauigkeiten und bewirkt ein immer gleichbleibendes Niveau des Wasserspiegels im Trinkwassererwärmer.
Die Anordnung arbeitet besonders vorteilhaft, wenn ein einlassseitiger Druckminderer stromaufwärts zu dem Einlassventil vorgesehen ist. Dann besteht ein gesichertes, immer gleiches Druckniveau und der Druckabfall ist mit einem einzigen Sensor leicht zu ermitteln. Wenn das Luftpolster ausreichend groß ist, erfolgt ein geringerer Druckabfall, als wenn das Luftpolster nur gering ist oder kein Luftpolster mehr vorhanden ist. Der bei nicht ausreichendem Luftpolster während eines Zapfvorgangs entstehende Druckabfall kann schnell erkannt werden. Um zu verhindern, dass der größere Druckabfall durch mehrere gleichzeitige Zapfvorgänge verursacht ist, was zu einer Fehlerkennung führt, kann die Messung ein- oder mehrmals wiederholt werden. Erst, wenn sichergestellt ist, dass der vergrößerte Druckabfall auf ein zu geringes Luftpolster zurückzuführen ist, wird Luft in den wasserführenden Teil der Belüftungsarmatur eingelassen.
Statt eines Motors kann auch eine von einer Strömung zwischen Wassereinlass und Wasserauslass hydraulisch antreibbare Turbine mit einem außerhalb des Strömungsweges angeordneten, auf das Hubelement wirkenden Abtrieb verwendet werden. Diese dient dann als Antrieb des Kolbens.
Die Turbine einer solchen Ausgestaltung der Erfindung wird hydraulisch von der Strömung angetrieben wird, die beim Zapfen von Wasser entsteht. Mit der Turbine wird die hydraulische Kraft einer beim Zapfen von Wasser erzeugten Strömung auf das Hubelement übertragen. Durch die Verwendung einer Turbine wird es ermöglicht, dass das Hubelement mehr als nur einen Hub ausführt. Das Hubelement führt eine reziproke Bewegung aus, welche solange andauert, wie Wasser gezapft und eine Strömung erzeugt wird. Dadurch kann mehr Luft für das Luftpolster erzeugt werden, als dies bei bekannten Anordnungen der Fall ist. Bei einer Strömung, deren Kraft wie beim Stand der Technik direkt auf ein Hubelement wirkt, ist dies nicht möglich. Die Strömung wirkt bei bekannten Anordnungen immer in der gleichen Richtung und ermöglicht so nur einen einzigen Hub. Die Turbine dreht sich immer während des Zapfvorgangs. Diese Variante der Erfindung ist nur für solche Trinkwassererwärmer sinnvoll, bei denen das Zapfverhalten so ist, dass der Luftverlust im Luftpolster gerade kompensiert wird.
Zur Übertragung der Kraft, insbesondere einer Turbine, kann vorteilhafterweise ein mechanisches Getriebe zwischen Turbine und Hubelement angeordnet sein.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einlassventil von einem Rückflussverhinderer gebildet ist. Der Rückflussverhinderer ist hier für Luft vorgesehen. Er lässt Luft in die Druckkammer, wenn der Druck absinkt. Bei steigendem Druck kann die Luft aber nicht durch den Rückflussverhinderer entweichen, weil er die Strömung in dieser Richtung sperrt.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher der Lufteinlass an einem rohrförmigen Gehäusestutzen vorgesehen ist und das Hubelement einen Kolben umfasst, welcher in dem Gehäusestutzen in Längsrichtung beweglich geführt ist. Es können aber auch andere Ausgestaltungen für eine Druckkammer verwendet werden, welche eine Druck- und Volumenänderung ermöglichen.
Eine kompakte Anordnung wird erreicht, wenn das Einlassventil in dem Kolben vorgesehen ist. Es ist aber auch möglich, das Einlassventil an anderer Stelle zwischen Druckraum und Atmosphäre vorzusehen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolben mit einem richtungsabhängigen Auslassventil in Form eines Nutrings versehen ist, an welchem Luft in Richtung des wasserführenden Gehäuseinnenraums des Armaturengehäuses bei Überschreiten des Schwellwerts des Drucks in der Druckkammer vorbeiströmt. Ein Nutring ist ein Dichtring, welcher in Umfangsrichtung mit einer Ringnut versehen ist. Wasserseitiger Druck wirkt auf die gesamte Fläche des Nutrings und drückt diesen ggf. auseinander. Es kann kein Wasser aus dem wasserführenden Gehäuseinnenraum in die luftgefüllte Druckkammer gelangen. In umgekehrter Richtung ist der Nutring Luftdruck ausgesetzt. Wenn der Differenzdruck zwischen Luftdruck und Wasserdruck einen Schwellwert überschreitet, welcher sich aus Abmessungen, Form und Material des Nutrings ergibt, wird der Nutring an der Nut zusammengedrückt. Dadurch wird ein Vorbeiströmen von Luft in den wasserführenden Gehäuseinnenraum ermöglicht. Die Luft entweicht und bildet Blasen, welche in das Luftpolster im Trinkwassererwärmer aufsteigen. Der Nutring bildet ein kostengünstiges, zuverlässiges und einfach installierbares Ventil. Es versteht sich aber, dass auch jedes andere Auslassventil verwendet werden kann.
Anders als bei Nutzung des Venturi-Effekts entweicht die Luft erst, wenn der Druck in der Druckkammer einen Schwellwert erreicht. Dadurch werden vergleichsweise große Blasen gebildet. Diese gelangen praktisch vollständig in das Luftpolster. Das Wasser wird folglich nicht übermäßig mit Sauerstoff und Luft angereichert, welche die Installation schädigen können.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein weiterer Lufteinlass mit einer eigenen Druckkammer und einem eigenen Hubelement vorgesehen ist. Dadurch kann die eingelassene Luftmenge erhöht werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass alle Hubelemente vom gleichen Antrieb antreibbar sind. Das hat den Vorteil, dass die Anordnung vergleichsweise wenig Raum einnimmt.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine Turbine beispielsweise von einem Flügelrad gebildet sein, das von der Strömung tangential angeströmt wird, welche von einer beim Zapfen von Wasser erzeugt wird.
Zur Übertragung einer Drehbewegung einer Motorwelle oder Turbine auf das Hubelement kann insbesondere ein Pleuel oder ein anderes Element vorgesehen sein. Mit dem Pleuel wird die Drehbewegung in eine Linearbewegung des Hubelements gewandelt.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Antrieb eine Welle antreibt, welche ein Drehmoment auf ein drehbewegliches Element ausübt, an welches das dem Hubelement abgewandte Ende des Pleuels exzentrisch angelenkt ist. Insbesondere kann das drehbewegliche Element eine Drehscheibe sein. Die Drehscheibe kann mit einer Welle oder einem Zapfen versehen sein, an welcher das Pleuelende drehbeweglich fixiert ist. Mit der Drehung wird der Pleuel und damit das Hubelement hin- und her bewegt. Die Anordnung bildet so quasi eine Luftpumpe.
Vorzugsweise ist ein Sicherheitsventil im Auslass stromabwärts zum Einlassventil vorgesehen. Das Sicherheitsventil öffnet bei Überdruck im Trinkwassererwärmer. Ein in die Belüftungsarmatur integriertes Sicherheitsventil verringert den Installationsaufwand.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein Kugelhahn oder eine andere Absperrung im Einlass vorgesehen ist. Dann kann der Zufluss in den Trinkwassererwärmer abgesperrt werden, wenn etwa eine Wartung vorgenommen werden soll.
Wenn ein Motor als Antrieb verwendet wird, kann die Luft zu bestimmten Zeiten, beispielsweise nachts, am Stück eingelassen werden. Dann kommt es nicht auf die Luftmenge an, die pro Zeiteinheit oder pro Hub eingelassen wird. Bei Anordnungen, bei denen die eingelassene Luftmenge von Häufigkeit und Menge des Zapfvolumens abhängt, wird eine kompakte und leistungsfähige Anordnung erreicht, wenn zwei Lufteinlässe an zwei koaxialen, rohrförmigen Gehäusestutzen vorgesehen sind und die Pleuel an den gleichen Punkt eines drehbeweglichen Elements angelenkt sind, so dass die Bewegung der beiden Hubelemente immer in der gleichen Richtung erfolgt. Die Anordnung entspricht quasi einer V-180°-Anordnung. Dabei erfolgt die Komprimierung der Druckkammern alternierend. Es ist aber auch möglich, die Pleuel an gegenüberliegenden Punkten anzuordnen. Dann wird eine Boxer-Anordnung erreicht, bei welcher die Komprimierung in beiden Druckkammern gleichzeitig erfolgt. Insbesondere kann diese lineare Anordnung der beiden Gehäusestutzen parallel zur Rohrleitung angeordnet sein. Dadurch wird in radialer Richtung nur wenig Raum benötigt.
Es kann vorgesehen sein, dass der Strömungsweg durch das Armaturengehäuse aufgeteilt ist, wobei ein erster Strömungsweg durch einen in Strömungsrichtung öffnenden Rückflussverhinderer oder einen anderen Strömungswiderstand geführt ist und der Antrieb der Turbine in einem zweiten, von dem ersten Strömungsweg getrennten Strömungsweg angeordnet ist. Der Strömungswiderstand bewirkt, dass die Turbine auch bei kleinen Strömungen mit einer ausreichenden Kraft angetrieben wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Getriebe verwendet wird, das ein Übersetzungsverhältnis aufweist, welches größer 1, vorzugsweise größer 2 ist. Das Getriebe ist also ein Untersetzungsgetriebe. Die Hubbewegung ist dann kleiner als die Bewegung des Antriebs des Getriebes. Dadurch ist ein Hub auch dann möglich, wenn bereits ein gegenüber dem Wasserdruck erhöhter Druck in der Druckkammer vorliegt.
Die Erfindung ist insbesondere mit einem Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster zur Aufnahme von Ausdehnungswasser enthaltend eine oben beschriebene Belüftungsarmatur gut zu verwirklichen. Ein Trinkwassererwärmer enthält neben einer solchen Belüftungsarmatur auch einen beheizbaren, geschlossenen Behälter für das zu erwärmende Wasser; einen Einlass zum Nachfüllen von Trinkwasser; und einen Auslasskanal für heißes Wasser, welcher eingangsseitig unterhalb der Wasseroberfläche im Wasser mündet und oberhalb der Wasseroberfläche in dem Behälter ein Luftpolster zur Aufnahme von Ausdehnungswasser vorgesehen ist. Es versteht sich, dass die Erfindung auch an anderer Stelle verwendet werden kann, wo Luft in eine Wasserströmung eingespeist werden soll.
Eine oben beschriebene Belüftungsarmatur kann mit einem Verfahren betrieben werden, mit den Schritten:

(a) Erfassen eines Druckabfalls innerhalb eines wasserführenden Teils der Belüftungsarmatur mit einem Drucksensor beim Zapfen von Wasser aus einem nachgeschalteten Trinkwassererwärmer;
(b) Übertragen des in Schritt (a) erfassten Wertes an eine Steuereinrichtung;
(c) Vergleichen des Druckabfalls mit einem gespeicherten oder errechneten Schwellwert;
(d) Ermitteln einer in den wasserführenden Teil der Belüftungsarmatur einzulassenden Luftmenge oder eines die einzulassende Luftmenge repräsentierenden Wertes; und
(e) Einlassen von Luft mittels eines Antriebs bis die Luftmenge oder der die Luftmenge repräsentierenden Wert den in Schritt (d) ermittelten Wert erreicht.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass Schritt (a) bis (c) ein- oder mehrfach wiederholt werden, bevor Luft in den wasserführenden Teil der Belüftungsarmatur eingelassen wird.
Anders als bei bekannten Anordnungen wird eine Steuereinheit verwendet, welche den Antrieb steuert. Das hat den Vorteil, dass Luft zu frei wählbaren Zeitpunkten und einer gewünschten Dauer, also auch am Stück, eingelassen werden kann. Die Erfassung des Drucks macht die Anordnung unabhängig vom Zapfverhalten der Nutzer und liefert zusammen mit dem gesteuerten Antrieb einen im Wesentlichen immer gleiches Luftpolster.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Definitionen
In dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen haben alle Begriffe eine dem Fachmann geläufige Bedeutung, welche der Fachliteratur, Normen insbesondere DIN EN 806-1 und DIN EN 1717 und den einschlägigen Internetseiten und Publikationen, insbesondere lexikalischer Art, beispielsweise www.Wikipedia.de, www.wissen.de oder www.techniklexikon.net, der Wettbewerber, forschenden Institute, Universitäten und Verbände, beispielsweise Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. oder Verein Deutscher Ingenieure, dargelegt sind. Insbesondere haben die verwendeten Begriffe nicht die gegenteilige Bedeutung dessen, was der Fachmann den obigen Publikationen entnimmt.
Weiterhin werden hier folgende Bedeutungen für die verwendeten Begriffe zugrunde gelegt:

Absperrung:: ist jede Art von Einrichtung, welche einen Fluidstrom ganz oder teilweise blockiert. Typische Absperrungen sind Kugelhähne oder Ventile.
Antrieb: Einheit, die Energie in mechanische Bewegungsenergie umwandelt.
Armatur:: ist ein Bauteil zur Installation in oder an einer Rohrleitung oder anderen Fluidinstallation zum Absperren, Regeln oder Beeinflussen von Stoffströmen. Eine Armatur kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und wird an einer Stelle in oder an der Rohrleitung installiert. Armaturen sind beispielsweise und nicht abschließend: Anschlussvorrichtungen, Anschlussarmaturen, Hauptabsperrarmaturen, Wartungsarmaturen, Drosselarmaturen, Entnahmestellen, Entnahmearmaturen, Entleerungsarmaturen, Sicherungsarmaturen, Sicherheitsarmaturen und Stellarmaturen.
Auslass: ist eine ablaufseitige Öffnung in einem Gehäuse, aus welcher ein Stoffstrom herausfließen kann. Die Öffnung kann insbesondere an eine Rohrleitung oder eine weitere Armatur angeschlossen sein oder frei zur Atmosphäre hin öffnen.
axial: ist die Richtung der Rotationsachse von ganz oder teilweise rotationssymmetrischen Bauteilen, wie etwas Rohren oder langgestreckten Gehäusen. Bei Bauteilen ohne Rotationssymmetrie ist es die Hauptströmungsrichtung in einem Bauteilabschnitt.
Bohrung: ist jede Art von Verbindung zweier Hohlräume, sowie Sacklöcher.
Druck: Kraft pro Flächeneinheit
Druckminderer: ist eine Armatur zur Einstellung eines ausgewählten Drucks an dahinterliegenden Bauteilen.
Einlass: ist eine zulaufseitige Öffnung in einem Gehäuse, in welchen ein Stoffstrom hineinfließen kann. Die Öffnung kann insbesondere an eine Rohrleitung oder eine weitere Armatur angeschlossen sein oder frei zur Atmosphäre hin öffnen.
Gehäuse: Begrenzung für Stoffe, Bauteile, Instrumente und Messgeräte nach außen. Ein Gehäuse kann einteilig oder aus mehreren verbundenen Gehäuseteilen mehrteilig ausgebildet sein und aus einem oder mehreren Materialien bestehen.
Getriebe: ist ein Maschinenelement mit dem Bewegungsgrößen geändert werden. Es besitzt einen Antrieb, an dem die zu übersetzende Kraft eingespeist wird, sowie einen Abtrieb, an dem ein Werkzeug oder eine Arbeitsmaschine angeschlossen ist.
Kolben: Bauteil, das zusammen mit einem umgebenden Gehäuse einen Hohlraum bildet, dessen Volumen sich durch eine Bewegung des Bauteils verändert.
Motor: Maschine, die mechanische Arbeit verrichtet, indem sie eine Energieform in Bewegungsenergie umwandelt
Mutter: Maschinenelement zur Herstellung lösbarer Verbindungen. Die Mutter ist ein Hohlkörper mit Innengewinde.
radial: senkrecht zu einer axialen Richtung.
Rohr: Hohlkörper aus zylindrischen Abschnitten. Dient üblicherweise als Rohrleitung.
Rückflussverhinderer: Sicherungsarmatur gegen Rückfließen. Eine Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, das Rückfließen eines Stoffstroms, entgegen einer bestimmungsgemäßen Fließrichtung zu verhindern.
Schulter: Übergang von Abschnitten unterschiedlicher Durchmesser oder Dicken.
Stutzen: Rand oder Übergangsstück an einer Öffnung.
Turbine: rotierende Strömungsmaschine, beispielsweise ein Flügelrad, welche das Abfallen der inneren Energie eines strömenden Fluides in mechanische Leistung umwandelt, die sie über ihre Welle abgibt.
Ventil: Bauteil zur Absperrung oder Regelung des Durchflusses von Fluiden.
zapfen: entnehmen von Wasser aus einer Installation, beispielsweise an einem Wasserhahn oder mittels eines Apparates

Figurenliste

1 ist eine perspektivische Darstellung eines Trinkwassererwärmers mit vorgeschaltetem Druckminderer, Belüftungsarmatur, und Sicherheitsgruppe.
2 zeigt die vor einen Trinkwassererwärmer aus 1 vorgeschalteten Armaturen im Detail.
3 ist eine perspektivische Darstellung einer Belüftungsarmatur zum Einbau in eine in 1 gezeigte Anordnung mit Trinkwassererwärmer.
4 ist eine Draufsicht auf die Anordnung aus 3.
5 ist eine Seitenansicht der Anordnung aus 3.
6 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung aus 3 aus einer weiteren Perspektive.
7 zeigt ein für die Belüftungsarmatur in 3 verwendetes Getriebe aus einer seitlichen Perspektive.
8 zeigt ein für die Belüftungsarmatur in 3 verwendetes Getriebe aus einer Perspektive von schräg oben.
9 ist ein Vertikalschnitt durch die Belüftungsarmatur aus 3 entlang einer Schnittebene A-A.
10 ist ein Horizontalschnitt durch die Belüftungsarmatur aus 3 entlang einer Schnittebene F-F mit Kolben an einem Totpunkt.
11 ist ein Horizontalschnitt durch die Belüftungsarmatur aus 3 entlang einer Schnittebene F-F mit Kolben zwischen zwei Totpunkten.
12 ist ein Vertikalschnitt durch die Belüftungsarmatur aus 3 entlang einer Schnittebene G-G.
13 ist ein Horizontalschnitt durch die Belüftungsarmatur aus 3 entlang einer Schnittebene D-D.
14 ist eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht der Belüftungsarmatur aus 3.
15 ist ein Detail aus 10, in dem illustriert wird, wie Luft durch einen Rückflussverhinderer in den Gehäusestutzen gesaugt wird.
16 ist ein Detail aus 10, in dem illustriert wird, wie komprimierte Luft in dem Gehäusestutzen an einem Nutring vorbei in den wasserführenden Gehäuseinnenraum der Armatur strömt.
17 ist eine Seitenansicht einer Belüftungsarmatur mit Motorantrieb entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel.
18 ist ein Vertikalschnitt der Anordnung aus 17.
19 ist ein Ausschnitt aus 18 und zeigt den Motorantrieb im Detail.
20 ist eine Explosionsdarstellung des Motorantriebs für eine Belüftungsarmatur nach 17.
21 ist eine vergrößerte Detaildarstellung des Kolbens und des Einlassventils für eine Belüftungsarmatur nach 17.
22 ist ein Vertikalschnitt durch die Belüftungsarmatur in 17 entlang einer Schnittebene senkrecht zur Rohrachse.
23 zeigt den Verlauf des Druckabfalls ohne Zapfvorgang und beim Zapfen mit gefülltem und ohne Luftpolster in einem Trinkwassererwärmer.
24 zeigt den Kolben und Lufteinlass- und Luftauslassventil in der unteren Kolbenstellung.
25 ist ein Querschnitt entlang einer Schnittachse C-C in 24 mit Ansicht von unten.
26 zeigt die Anordnung aus 24 in der oberen Endstellung des Kolbens.
27 zeigt die Belüftungsarmatur aus 17 in installiertem Zustand mit Trinkwassererwärmer.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiel 1: hydraulischer Antrieb (Fig.1 bis Fig. 16)
1 zeigt eine Belüftungsarmatur, die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Die Belüftungsarmatur 10 ist in eine Rohrleitung 12 integriert. Über die Rohrleitung 12 wird ein Trinkwassererwärmer 14 mit Wasser versorgt. Das Wasser für den Trinkwassererwärmer 14 wird aus einer Trinkwasserversorgung (nicht dargestellt) in Richtung des Pfeils 16 in die Rohrleitung 12 gespeist. Stromaufwärts vor der Belüftungsarmatur 10 ist eine Absperrung 18 und ein Druckminderer 20 installiert. Dies ist in 2 gut zu erkennen. Stromabwärts von der Belüftungsarmatur 10 ist vor dem Trinkwassererwärmer 14 eine Sicherheitsgruppe 22 mit Sicherheitsventil und Rückflussverhinderer in der Rohrleitung 12 installiert.
Der Trinkwassererwärmer 14 umfasst einen wassergefüllten Kessel 24. Der Kessel 24 ist nicht vollständig gefüllt. Oberhalb der Wasseroberfläche 26 befindet sich ein Luftpolster 28. Mit dem Trinkwassererwärmer 14 wird Wasser erwärmt, beispielsweise mit einer Heizspirale. Heißes Wasser steht an einem in das Wasser ragenden Auslass 31 zur Verfügung. Wenn heißes Wasser an einer Zapfstelle (nicht dargestellt) entnommen wird, fließt kaltes Wasser durch die Rohrleitung 12 nach.
Beim Erwärmen dehnt sich das Wasser aus. Dabei erhöhen sich Druck und Temperatur. Das Luftpolster erlaubt die Ausdehnung ohne Ansprechen des Sicherheitsventils. Luft, die dem Luftpolster im Betrieb entweicht, muss nachgefüllt werden. Hierfür ist die Belüftungsarmatur 10 vorgesehen.
Die Belüftungsarmatur 10 ist in den 3 bis 6 gesondert dargestellt. Die Belüftungsarmatur 10 weist ein Armaturengehäuse 30 auf. Das Armaturengehäuse 30 ist mit einem oberen Deckel 32 und einem unteren Deckel 34 lösbar verschlossen. Das Armaturengehäuse 30 ist mit einem rohrförmigen Einlassanschluss 36 und einem dazu koaxialen, rohrförmigen Auslassanschluss 38 versehen. Mit dem Einlassanschluss 36 und dem Auslassanschluss 38 wird die Belüftungsarmatur 10 in die Rohrleitung 12 eingebaut, wie dies in 2 dargestellt ist.
Das Armaturengehäuse 30 weist ferner zwei Gehäusestutzen 44 und 46 auf. Die Gehäusestutzen 44 und 46 sind mit rohrförmigen Stutzenverlängerungen 40 bzw. 42 versehen. Die Stutzenverlängerungen 40 und 42 sind mit einem Gewinde 50 in die Gehäusestutzen 44 und 46 eingeschraubt und mit einer Dichtung 48 abgedichtet. Dies ist in den 9 bis 11 gut zu erkennen. Das dem Armaturengehäuse 30 abgewandte Ende der Stutzenverlängerung 40 bildet einen ersten Lufteinlass 52. Das dem Armaturengehäuse 30 abgewandte Ende der Stutzenverlängerung 42 bildet einen zweiten Lufteinlass 54.
9 bis 14 sind Schnittdarstellungen der Belüftungsarmatur 10. In die Stutzen 36 und 38 sind Gewinderohrstücke 56 und 58 eingeschraubt. Die Gewinderohrstücke 56 und 58 sind an ihrem freien Ende mit einem Gewinde 60 versehen, mit welchem sie in die Rohrleitung eingeschraubt werden können. Wasser fließt in Richtung der Pfeile 62 in das Armaturengehäuse 30 hinein. Am Stutzen 38 fließt das Wasser in Richtung des Pfeils 64 aus dem Armaturengehäuse 30 heraus.
Zwischen den Stutzen 36 und 38 liegt im Gehäuseinnenraum 66 eine Wandung 68. Diese ist in 13 gut zu erkennen. Die Wandung 68 verläuft in Längsrichtung durch den Gehäuseinnenraum 66. Dadurch entstehen zwei Strömungswege: ein erster, größerer Strömungsweg 70 führt über einen Rückflussverhinderer 76 zum Auslassstutzen 38. Ein zweiter, kleinerer Strömungsweg 72 wird weiter verengt und tangential auf ein Turbinenrad 74 geleitet.
Der Rückflussverhinderer 76 öffnet zum Auslassstutzen 38 hin und bildet einen Strömungswiderstand. Solange nur eine geringe Strömung fließt, etwa, weil nur wenig Wasser gezapft wird, wird nur eine geringe Kraft in Öffnungsrichtung auf den Rückflussverhinderer 76 ausgeübt. Dann bleibt der Rückflussverhinderer 76 geschlossen. Die gesamte Strömung fließt über den zweiten Strömungsweg 72. Dabei wird das Turbinenrad 74 hydraulisch angetrieben. Bei größeren Strömungsvolumen öffnet der Rückflussverhinderer 76 und beide Strömungswege 70 und 72 werden durchströmt. Mit dem Rückflussverhinderer 76 wird bewirkt, dass das Turbinenrad auch bei kleinen Strömungen so stark wie möglich angetrieben wird.
Das Turbinenrad 74 rotiert in Richtung des Pfeils 78, wenn es durch die Strömung im Strömungsweg 72 hydraulisch angetrieben wird. Das Turbinenrad 74 bildet einen Teil eines Getriebes, das in den Vertikalschnitten in 9 und 12 gut zu erkennen ist und in 7 und 8 gesondert dargestellt ist.
Das Turbinenrad 74 rotiert um eine erste Welle 80. Das obere Ende der Welle 80 ist in einer Aussparung 82 im Deckel 32 drehbar gelagert. Oberhalb des Turbinenrads 74 ist ein Zahnrad 84 mit geringerem Durchmesser drehbar auf der Welle 80 gelagert. Das Zahnrad weist nach unten ragende Mitnehmer 86 auf, welche sich in das Turbinenrad 74 erstrecken. Das Zahnrad 84 folgt also der Drehbewegung des Turbinenrads 74.
Ein größeres Zahnrad 88 kämmt mit dem kleineren Zahnrad 84. Das größere Zahnrad 88 ist mit einer nach unten ragenden Welle 90 fest verbunden. Das Armaturengehäuse 30 bildet einen im Wesentlichen horizontalen Zwischenboden 92. Im Bereich der Welle 90 ist der Zwischenboden 92 in vertikaler Richtung, d.h. parallel zur Welle 90 verdickt. In der Verdickung 94 ist eine Bohrung mit vertikaler Längsachse vorgesehen. Die Welle 90 erstreckt sich durch die Bohrung in der Verdickung 94 bis in den Bereich unterhalb des Zwischenbodens 92. Dies ist in 9 gut zu erkennen.
Unterhalb des Zwischenbodens 92 ist ein weiteres, kleines Zahnrad 96 auf der Welle 90 befestigt. Das Zahnrad 96 ist drehfest mit der Welle 90 verbunden und folgt so der Drehbewegung der Welle 90 und damit des Zahnrads 88. Ein größeres Zahnrad 98 kämmt mit dem Zahnrad 96. Das Zahnrad 98 rotiert unterhalb des Zwischenbodens 92 um die Welle 80, d.h. um die gleiche Rotationsachse, wie das Turbinenrad 74. Dabei erstreckt sich die Welle 80 durch eine Bohrung im nicht-verdickten Bereich des Zwischenbodens 92. Wie in 8 gut zu erkennen ist, hat das Zahnrad 98 einen größeren Durchmesser, als das Turbinenrad 74. Das Zahnrad 98 rotiert entsprechend langsamer als das Turbinenrad 74.
In einer exzentrischen Bohrung des Zahnrads 98 ist ein Kurbelzapfen 100 drehbar gelagert. Der Kurbelzapfen 100 erstreckt sich vom Zahnrad 98 aus nach unten in das wasserführenden Gehäuseinnenraum 102 unterhalb des Zwischenbodens 92. Auf dem Kurbelzapfen 100 sind zwei Pleuel 104 und 106 drehbar gelagert. Die Pleuel 104 und 106 erstrecken sich diametral gegenüberliegend in die Stutzen 44 und 46. Das äußere Ende der Pleuel ist jeweils mit einem Hubelement in Form eines Kolbens 108 bzw. 110 um eine vertikale Achse gelenkig verbunden.
Die Stutzenverlängerung 42 ist mit einer Längsbohrung 112 versehen. Die Stutzenverlängerung 40 ist mit einer Längsbohrung 114 versehen. In der Längsbohrung 112 ist der Kolben 108 axialbeweglich geführt. In der Längsbohrung 114 ist der Kolben 110 axialbeweglich geführt. Wenn das Zahnrad 98 mit dem Kurbelzapfen 100 sich dreht, führt dies zu einer translatorischen Bewegung der Kolben 108 und 110. Die Anordnung mit einem gemeinsamen Kurbelzapfen 100 für beide Kolben entspricht der invertierten Kraftübertragung eines V-180°-Motors. Das bedeutet, dass die Kolben 108 und 110 sich immer in der gleichen Richtung - nach links oder nach rechts in 9 - bewegen. Bei einer alternativen (nicht dargestellten) Ausgestaltung werden zwei gegenüberliegende Kurbelzapfen verwendet. An jedem der Kurbelzapfen ist nur ein Kolben vorgesehen. Dann bewegen sich die Kolben in entgegengesetzter Richtung, d.h. beide bewegen sich nach außen oder beide bewegen sich nach innen. Diese alternative Ausgestaltung entspricht der invertierten Kraftübertragung eines Boxer-Motors.
Am freien Ende der Stutzenverlängerungen 42 und 40 der Stutzen 44 und 46 sind die Bohrungen etwas verbreitert und bilden eine Schulter. In diese verbreiterte Bohrung ist jeweils ein Rückflussverhinderer 116 bzw. 118 in die Bohrung 112 bzw. 114 bis zu der Schulter 124, die einen Anschlag bildet, eingesteckt und mit einer Mutter 120 bzw. 122 fixiert. Dies ist in 15 gut zu erkennen. Die Rückflussverhinderer 116 und 118 sind patronenförmig ausgebildet und aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Die Rückflussverhinderer 116 und 118 öffnen nach innen in Richtung der Pfeile 126. Das bedeutet, dass Luft aus der Atmosphäre zwar in die Bohrungen 112 bzw. 114 eingelassen werden kann, aber nicht durch den Rückflussverhinderer 116 austreten kann.
Der Kolben 108 ist an seinem freien Ende mit einem Dichtelement in Form eines Nutrings 128 versehen. Dies ist in 15 gut zu erkennen. Der Nutzring 128 ist mit einer Schraube 132 an der Stirnseite des Kolbens 108 befestigt. Der Nutring 128 ist kolbenseitig mit einer Nut 130 versehen. Er dichtet den wasserführenden Gehäuseinnenraum 102 gegenüber dem luftgefüllten Inneren der Bohrung 112 ab. Das luftgefüllte Innere der Bohrung 112 bildet somit eine Druckkammer 134, die einerseits von dem Nutring 128 und andererseits vom Rückflussverhinderer 116 begrenzt ist.
Wenn sich der Kolben 108 nach links bewegt, wie dies in 15 angedeutet ist, vergrößert sich das Volumen in der Druckkammer 134. Dabei fällt der Luftdruck ab. Der Rückflussverhinderer 116 öffnet und Luft strömt in Richtung der Pfeile 126 durch den Rückflussverhinderer 116 in die Druckkammer 134. Nach Erreichen des Totpunktes bewegt sich der Kolben 108 wieder nach außen, d.h. nach rechts in 15. Dann wird das Volumen in der Druckkammer 134 verringert und der Luftdruck steigt.
Zwischen dem Kolbenmantel und der Innenwandung der Bohrung 112 ist ein Spalt 140 gebildet. Der Spalt 140 ist mit dem wasserführenden Gehäuseinnenraum 102 des Gehäuses 30 verbunden und somit ebenfalls mit Wasser gefüllt. Kolbenseitig herrscht also an dem Nutring Wasserdruck. Druckkammerseitig herrscht an dem Nutring 128 Luftdruck. Wenn der Luftdruck in der Druckkammer 134 einen Schwellwert oberhalb des Wasserdrucks erreicht, der durch die Abmessungen, das Material und die Form des Nutrings bestimmt ist, dann wird der Nutring 128 im Bereich der Nut etwas zusammengedrückt. Luft aus der Druckkammer 134 kann an dem Nutring 128 und an dem Kolben 108 vorbei in den Spalt 140 und in den wasserführenden Gehäuseinnenraum 102 des Gehäuses 30 gelangen. Dies ist anhand von Pfeilen 142 in 16 gut zu erkennen. Der Kolben 110 ist wie der Kolben 108 ausgebildet.
Da eine Druckdifferenz zwischen Wasserdruck und Luftdruck in der Druckkammer 134 überwunden werden muss, werden größere Blasen erzeugt. Die Blasen steigen in dem Gehäuseinnenraum 102 nach oben durch eine Bohrung 144 in den Bereich oberhalb des Zwischenbodens 92 und in den Strömungsweg zwischen den Stutzen 36 und 38. Dies ist durch Pfeile 146 und 148 in 12 illustriert.
9 veranschaulicht, wie die Kolben 108 und 110 gegenläufig arbeiten und so abwechselnd Luft in das Gehäuseinnere 102 des Gehäuses 30 und durch die Bohrung 144 in den Strömungsweg pumpen. Die Luft gelangt mit der Strömung in den Kessel 24 und kann so das Luftpolster 28 auffüllen. Die Kolbenbewegung erfolgt immer dann, wenn eine Strömung durch das Gehäuse 30 erzeugt wird, d.h. immer dann, wenn Wasser an einer Zapfstelle gezapft wird.
Durch das Turbinenrad wird die hydraulische Kraft der Strömung kontinuierlich auf die Kolben 108 und 110 übertragen. Eine längere Strömungsdauer bewirkt durch die Verwendung der Turbine auch eine längere Kolbenbewegung und mehr Lufteintrag.
Ausführungsbeispiel 2: Motorantrieb (Fig. 17 bis Fig. 27)
17 zeigt eine alternative Belüftungsarmatur, die allgemein mit 210 bezeichnet ist. Die Belüftungsarmatur 210 ist in eine Rohrleitung 212 integriert. Über die Rohrleitung 212 wird ein Trinkwassererwärmer 214 mit Wasser versorgt. Das Wasser für den Trinkwassererwärmer 214 wird aus einer Trinkwasserversorgung (nicht dargestellt) in Richtung des Pfeils 262 in die Rohrleitung 212 gespeist. Dies ist in 27 dargestellt.
Die Belüftungsarmatur 210 weißt einen Einlassanschluss 236 auf. Dieser ist in 17 und 18 gut zu erkennen. Hinter dem Einlassanschluss 236 ist eine Absperrung 218 und ein Druckminderer 220 installiert. Dies ist in 18 gut zu erkennen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Absperrung 218 und der Druckminderer 220 in die Armatur integriert. Dadurch fällt wird der Installationsaufwand reduziert. Es versteht sich, dass es auch möglich ist, die Belüftungsarmatur 210 ohne Absperrung 218 und/oder ohne Druckminderer 220 auszugestalten. Dann können diese Komponenten als separate Komponenten installiert werden, etwa weil sie schon vorhanden sind.
Vor dem Auslassanschluss 238 der Belüftungsarmatur 210 ist eine Sicherheitsgruppe 222 mit Sicherheitsventil und Rückflussverhinderer 276 in die Belüftungsarmatur 210 integriert. Wie bei dem Druckminderer, kann die Sicherheitsgruppe 222 auch als separate Armatur verwendet werden und muss nicht zwingend wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in die Belüftungsarmatur 210 integriert sein.
Der Trinkwassererwärmer 214 entspricht dem Trinkwassererwärmer 14 des ersten Ausführungsbeispiels. Auch die Funktion der Belüftungsarmatur 210 entspricht der Funktion der Belüftungsarmatur 10 des ersten Ausführungsbeispiels.
Die Belüftungsarmatur 210 weist ein Armaturengehäuse 230 auf, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet ist. Das Armaturengehäuse 230 ist mit dem rohrförmigen Einlassanschluss 236 und einem dazu koaxialen, rohrförmigen Auslassanschluss 238 versehen. Mit dem Einlassanschluss 236 und dem Auslassanschluss 238 wird die Belüftungsarmatur 210 in die Rohrleitung 212 eingebaut, wie dies in 27 dargestellt ist.
Das Armaturengehäuse 230 weist ferner einen Gehäusestutzen 244 auf. Der Gehäusestutzen 244 erstreckt sich nach unten. In den Gehäusestutzen 244 ist eine weiterer Gehäuseteil 246 eingesteckt und mit einer Mutter 250 fixiert und mit einer Dichtung 248 abgedichtet. Dies ist in den 19 gut zu erkennen.
Das dem Armaturengehäuse 230 abgewandte Ende des zweiten Gehäuseteils 246 ist in der Verlängerung des Gehäusestutzens 244 rohrförmig ausgebildet und nach unten offen. Dies ist auch in der Explosionsdarstellung in 20 gut zu erkennen.
Wasser fließt in Richtung der Pfeile 262 in das Armaturengehäuse 230 hinein. Dann fließt das Wasser durch die geöffnete Absperrung 218 und den Druckminderer 220. Hinter dem Druckminderer 220 ist ein Rückflussverhinderer 276 koaxial zur Längsachse des rohrförmigen Gehäuseinneren im Strömungsweg angeordnet. Mit dem Rückflussverhinderer 276 wird verhindert, dass Wasser aus dem Trinkwassererwärmer 214 zurück in die Installation fließt. Hinter dem Rückflussverhinderer 276 fließt das Wasser am Auslassstutzen 238 in Richtung des Pfeils 264 aus dem Armaturengehäuse 230 heraus.
Das Armaturengehäuse 230 ist mit einem weiteren Stutzen 221 versehen, der sich nach oben in der Darstellung erstreckt. Das Innere des Stutzens 221 ist mit dem Bereich stromabwärts des Rückflussverhinderers 276 vor dem Auslassstutzen verbunden. In dem Stutzen 221 sitzt die Sicherheitsgruppe 222. Bei Überdruck im Trinkwassererwärmer 214 wird die Sicherheitsgruppe 222 öffnen und Wasser fließt ab, bis der Druck wieder hinreichend abgesunken ist.
Der Bereich innerhalb des in diesem Ausführungsbeispiel nach unten ragenden Stutzens 244 ist ebenfalls mit dem wasserführenden Gehäuseinnenraum 266 der Gehäusearmatur 230 zwischen Rückflussverhinderer 276 und Auslasstutzen 238 verbunden. Dies ist in 19 gut zu erkennen. Über den Stutzen 244 wird wie nachstehend beschrieben Luft in den wasserführenden Teil 266 innerhalb des Gehäuses gepresst.
Das Gehäuseteil 246 weist eine Längsbohrung 252 auf. In der Längsbohrung 252 ist ein Kolben 254 axialbeweglich geführt. Der Kolben 254 begrenzt die Unterseite eines luftgefüllten Druckraums 256 in dem Gehäuseteil 246. Nach oben wird der Druckraum 256 von einem Luftauslassventil 258 begrenzt. Das Luftauslassventil 258 ist wie ein Rückflussverhinderer ausgebildet und öffnet nach oben in der Darstellung in Richtung des wasserführenden Gehäuseinnenraums 266. Wenn der Luftdruck im Druckraum 256 höher ist, als der Wasserdruck, öffnet das Luftauslassventil 258. Dann strömt Luft vom Druckraum 256 durch das Luftauslassventil 258 in den wasserführenden Innenraum 266 des Gehäuses 230.
Der Kolben 254 ist koaxial zur Bewegungsrichtung des Ventilschließkörpers des Luftauslassventils 258 beweglich in der Längsbohrung 252 geführt. In dem Kolben sitzt ein Lufteinlassventil 260. Das geöffnete Lufteinlassventil ist in 21 im Detail dargestellt. Zur Aufnahme des Lufteinlassventils 260 ist der Kolben 254 mit einer Durchgangsbohrung 268 in Längsrichtung versehen. Ein unterer Teil 270 und ein oberer Teil 272 der Durchgangsbohrung 268 sind mit einer Führungsbohrung 274 und vier Verbindungsbohrungen 276 verbunden. 25 ist ein Querschnitt entlang einer Schnittlinie C-C in 24, in welchem die Lage der 4 Verbindungsbohrungen 276 gut zu erkennen ist.
Der untere Teil 272 der Durchgangsbohrung hat einen größeren Radius als die Führungsbohrung 274. Dadurch wird eine Ringschulter 280 an der Innenwandung der Durchgangsbohrung gebildet. Die Führungsbohrung 274 mündet in einem oberen Teil 272 der Durchgangsbohrung 268, der einen größeren Radius als die Führungsbohrung 274 hat. Dadurch wird eine Ringschulter 282 an der Innenwandung der Durchgangsbohrung gebildet. Der obere Teil 272 ist am obersten Ende erneut verbreitert, wodurch eine weitere Ringschulter 284 an der Innenwandung der Durchgangsbohrung 268 gebildet ist.
In der Führungsbohrung 274 ist eine Spindel 286 verschieblich geführt. Die Spindel 286 bildet den unteren Teil eines Ventilschließkörpers 288 für das Lufteinlassventil 260. Der Ventilschließkörper 288 ist im oberen Bereich mit einer Ringnut versehen, in welcher eine Dichtung 290 angeordnet ist. Die Ringschulter 284 bildet den Ventilsitz des Lufteinlassventils 260. Wenn die Dichtung 290 in einer unteren Stellung des Ventilschließkörpers 288 auf die Schulter 284 trifft, ist das Lufteinlassventil 260 geschlossen. Dies ist in 19 und 26 dargestellt. Die Bewegung des Ventilschließkörpers 288 wird nach unten durch die Ringschulter 282 begrenzt, welche einen Anschlag bildet.
Ein Federwiderlager 292 ist auf das untere Ende der Spindel 286 aufgeschraubt. Zwischen dem Federwiderlager 292 und der Ringschulter 280 ist eine Feder 296 angeordnet. Die Feder 296 drückt den Ventilschließkörper 288 nach unten in eine geschlossene Stellung. Wenn der Kolben 254 nach unten bewegt wird, wird das Volumen der Druckkammer vergrößert. Dann fällt der Druck in der Druckkammer 256 ab. Die vom verringerten Druck in der Druckkammer 256 wirkende Kraft auf den Ventilschließkörper 288 ist geringer als der Atmosphärendruck, der durch die nach unten zur Atmosphäre offene Durchgangsbohrung 268 mit den Verbindungsbohrungen 276 von unten auf den Ventilschließkörper 288 wirkt. Dann wird der Ventilschließkörper 288 nach unten bewegt. Das Lufteinlassventil 260 öffnet. Luft gelangt von der Atmosphäre durch die Durchgangsbohrung 268, die Verbindungsbohrungen 276 und an der Dichtung 290 vorbei in die Druckkammer 256 bis die Druckverhältnisse ausgeglichen sind.
Wenn der Kolben 254 nach oben bewegt wird, wird das Volumen in der Druckkammer 256 wieder verringert. Dadurch wird der Druck in der Druckkammer erhöht. Das Lufteinlassventil 260 ist dann geschlossen. Durch den erhöhten Druck öffnet das Luftauslassventil 258, sobald der Luftdruck in der Druckkammer 256 höher ist, als der Wasserdruck im wasserführenden Innenraum 266 des Armaturengehäuses 230. Bei geöffnetem Luftauslassventil 258 entweicht Luft in das Wasser, bis die Druckverhältnisse wieder ausgeglichen sind. Dies ist in 26 dargestellt. Auf diese Weise kann durch eine Kolbenabwärtsbewegung Luft aus der Atmosphäre in die Druckkammer 256 eingelassen und bei einer Kolbenaufwärtsbewegung von der Druckkammer 256 in den wasserführenden Innenraum 266 gepresst werden. Es versteht sich, dass die Begriffe „oben“, „unten“, „abwärts“ und „aufwärts“ sich auf die begefügten Zeichnungen beziehen und bei einer anderen Orientierung des Ventils durch andere Positionen und Orientierungen zu ersetzen sind.
Die Kolbenbewegung wird statt hydraulisch, wie im ersten Ausführungsbeispiel mittels eines Motors 300 als Antrieb erreicht. 20 ist eine Explosionsdarstellung der hierfür erforderlichen Komponenten. An das rohrförmige Gehäuseteil 246 ist ein Lager mit einer zylindrischen Öffnung 302 angeformt. Die Längsachse der Öffnung 302 verläuft senkrecht zur Längsachse des rohrförmigen Gehäuseteils 246. In der Öffnung 302 des Lagers ist von links in 20 eine Lagerbuchse 304 eingesteckt. Dies ist in 19 gut zu erkennen.
In der Lagerbuchse 304 ist die Achse 308 einer Drehscheibe 306 gelagert. Die Achse 308 ist mit der Antriebswelle 310 des Motors 300 verbunden und wird von dieser angetrieben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Getriebe 312 zwischen Motor 300 und Antriebswelle 310 geschaltet.
Auf der dem Lager abgewandten Seite der Drehscheibe 306 ist außeraxial ein Zapfen 312 angeformt. Wenn sich die Antriebswelle 310 und damit die Drehscheibe 306 um die eigene Achse dreht, macht der Zapfen 312 aufgrund seiner außeraxialen Lage eine Kreisbewegung. Auf den Zapfen 312 ist eine Pleuelstange 314 aufgesteckt. Die Pleuelstange 314 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als flacher Stab mit aberundeten Enden ausgeführt. Am unteren Ende der Pleuelstange 314 ist eine Zapfenaufnahme 316 vorgesehen, in welcher der Zapfen 312 drehbeweglich gelagert ist. Das obere Ende der Pleuelstange sitzt zwischen zwei sich nach unten erstreckenden Verlängerungen 318 des Kolbens 254. Ein Fixierstab 320 ist durch zugehörige Bohrungen 322 in den Verlängerungen und in der Pleuelstange 314 gesteckt und fixiert.
Die Drehbewegung der Antriebswelle 310 wird so über die Drehscheibe 306 und die Pleuelstange 314 in eine Translationsbewegung des Kolbens 254 übertragen. Der Kolben 254 führt eine reziproke Bewegung aus, durch welche Luft in den Druckraum 256 und vom Druckraum in das Wasser gepumpt wird.
Zur Steuerung des Motors ist ein Steuerung mit einer schematisch angedeuteten Platine 324 vorgesehen. Die Steuerung wird von den Signalen eines Drucksensors 326 beaufschlagt. Der Drucksensor 326 sitzt in einem Stutzen 328, der lateral an das Gehäuseteil 246 angeformt ist. Der Drucksensor 326 erfasst den Druck im wasserführenden Innenraum 266 hinter dem Luftauslassventil 258.
Der Motor 300 und die Komponenten, mit denen die Drehung der Antriebswelle auf den Kolben übertragen wird, sitzen gemeinsam mit dem Gehäuseteil 246 und dem Drucksensor 326 in einem Gehäuse 330. Als Energiequelle für den Motor 300 dienen Batterien oder Akkumulatoren 332, die in 22 gut zu erkennen sind. Auch die Akkumulatoren 332 sind in dem Gehäuse 330 angeordnet.
Der Motor 300 wird von der Steuerung 324 wie folgt angesteuert: Wenn Wasser aus dem Trinkwassererwärmer 214 gezapft wird, fällt der Druck in der gesamten Wasserinstallation zunächst ab. Der Druckabfall hängt von der gezapften Wassermenge und von der Volumengeschwindigkeit ab. 23 zeigt den Verlauf 334 des Druckabfalls delta P in Abhängigkeit von der Volumengeschwindigkeit m3/h , wenn kein Wasser gezapft wird. Der Verlauf 336 des Druckabfalls bei normal gefülltem Luftpolster in dem Trinkwassererwärmer ist eher flach. Dies liegt daran, dass das Luftpolster besser auf Druckschwankungen reagieren und diese kompensieren kann, als Wasser. Wenn hingegen das Luftpolster nur gering ist oder kein Luftpolster mehr im Trinkwassererwärmer 214 vorhanden ist, dann ergibt sich ein erheblich steilerer Druckabfall 338 mit der Volumengeschwindigkeit. Die Erfassung des Druckabfalls ist besonders einfach mit einem Drucksensor zu realisieren, wenn immer gleiche Druckverhältnisse im Eingangsbereich der Armatur herrschen. Dies kann besonders vorteilhaft mit dem Druckminderer gewährleistet werden.
Der Drucksensor erfasst die Druckverhältnisse und die Steuerung 324 bestimmt aus den erfassten Werten, ob und in welchem Maß das Luftpolster nachgefüllt werden muss. Die Bestimmung kann mehrfach erfolgen um Fehlmessungen auszuschließen. In der nächsten Ruhephase des Systems, etwa nachts, wenn kein Wasser gezapft wird, kann der Motor betätigt werden und Luft nachgepumpt werden. Auf diese Weise wird nur das Luftpolster gefüllt, nicht aber Luft zur Zapfstelle und in das Rohrleitungssystem transportiert.
Zur Verringerung des Energieverbrauchs kann vorgesehen sein, dass der Drucksensor nach einer oder mehreren Messungen oder nach einem vorgegebenen Zeitraum in einen Ruhezustand übergeht, wo kein oder nur wenig elektrische Energie verbraucht wird. Es können strömungserfassende Mittel vorgesehen sein. Ein Beispiel für ein solches strömungserfassendes Mittel kann von einem Magneten 277 am Ventilschließkörper des Rückflussverhinderers 276 gebildet sein. Der Magnet 277 wirkt mit einem Reed-Kontakt 279 im Gehäuse in der Nähe des Ventilsitzes oder in oder am Ventilsitz des Rückflussverhinderers 276 zusammen. Wenn der Rückflussverhinderer bei einem Zapfvorgang öffnet, entfernt sich der Ventilschließkörper mit dem Magneten 277 vom Reed-Kontakt 279. Dieser detektiert ein Signal und sendet dieses an die Steuerung 324. Die Steuerung schaltet dann den Drucksensor in einen aktiven Zustand, in dem der Druck gemessen wird. Der Drucksensor ist dann nur aktiv und verbraucht Energie, wenn eine Änderung des hydraulischem Systems vorliegt.
Die Armatur kann auch ohne Druckminderer und ohne Sicherheitsventil realisiert werden.
Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Illustration der in den Ansprüchen beanspruchten Erfindung. Merkmale, welche gemeinsam mit anderen Merkmalen offenbart sind, können in der Regel auch alleine oder in Kombination mit anderen Merkmalen, die im Text oder in den Zeichnungen explizit oder implizit in den Ausführungsbeispielen offenbart sind, verwendet werden. Maße und Größen sind nur beispielhaft angegeben. Dem Fachmann ergeben sich geeignete Bereiche aus seinem Fachwissen und brauchen hier daher nicht näher erläutert werden. Die Offenbarung einer konkreten Ausgestaltung eines Merkmals bedeutet nicht, dass die Erfindung auf diese konkrete Ausgestaltung beschränkt werden soll. Vielmehr kann ein solches Merkmal durch eine Vielzahl anderer, dem Fachmann geläufigen Ausgestaltungen verwirklicht werden. Die Erfindung kann daher nicht nur in Form der erläuterten Ausgestaltungen verwirklicht werden, sondern durch alle Ausgestaltungen, welche vom Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abgedeckt sind. Insbesondere können auch andere Antriebe und mehr oder weniger Kolben oder auch andere Hubelemente vorgesehen sein. Auch können Rückflussverhinderer durch andere geeignete Strömungswiderstände ersetzt werden. Stutzen können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und etwa Stutzenverlängerungen aufweisen. Statt koaxialer Anordnungen für Stutzen können auch andere Anordnungen realisiert werden.
Die Begriffe „oben“, „unten“, „rechts“ und „links“ beziehen sich ausschließlich auf die beigefügten Zeichnungen. Es versteht sich, dass beanspruchte Vorrichtungen auch eine andere Orientierung annehmen können. Der Begriff „enthaltend“ und der Begriff „umfassend“ bedeuten, dass weitere, nicht-genannte Komponenten vorgesehen sein können. Unter dem Begriff „im Wesentlichen“, „vorwiegend“ und „überwiegend“ fallen alle Merkmale, die eine Eigenschaft oder einen Gehalt mehrheitlich, d.h. mehr als alle anderen genannten Komponenten oder Eigenschaften des Merkmals aufweisen, also bei zwei Komponenten beispielsweise mehr als 50%.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 2431461 A [0005]
GB 2413623 A [0005]
DE 202016104365 U1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 806-1 [0034]
DIN EN 1717 [0034]

Claims

Belüftungsarmatur (10; 210) für Trinkwassererwärmer (14; 214) mit einem Luftpolster (28) zur Aufnahme von Ausdehnungswasser enthaltend: (a) ein Armaturengehäuse (30; 230) mit einem Wassereinlass (36; 236) und einem Wasserauslass (38; 238) und einem zwischen Wassereinlass und Wasserauslass angeordneten, wasserführenden Gehäuseinnenraum (102; 266), (b) wenigstens einen an dem Armaturengehäuse (30; 230) vorgesehenen, mit der Atmosphäre verbindbaren Lufteinlass (40, 42), (c) ein in dem Lufteinlass angeordnetes Einlassventil (116, 118) welches eine luftgefüllte Druckkammer (134) begrenzt, deren Druck in Schließrichtung auf das Einlassventil (116, 118) wirkt, (d) ein die Druckkammer (134) begrenzendes, bewegliches Hubelement (108, 110), dessen Bewegung zu einer Volumen- und Druckänderung in der Druckkammer (134) führt, durch welche das Einlassventil (116, 118) öffnet oder schließt; und (e) ein richtungsabhängiges Auslassventil (128), welches bei Erreichen eines vorgegebenen Druckes in der luftgefüllten Druckkammer (134) öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass (f) ein Antrieb zum Bewegen des Hubelements vorgesehen ist; (g) das Auslassventil (128) zwischen Lufteinlass und dem wasserführenden Gehäuseinnenraum (102) angeordnet ist, so dass Luft in den wasserführenden Gehäuseinnenraum (102) des Armaturengehäuses (30) entweicht, wenn das Auslassventil (128) öffnet, und (h) der Wassereinlass (36) und der Wasserauslass (38) zur Installation in einer Zuleitung (12) des Trinkwassererwärmers (14) ausgebildet sind.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Motor umfasst.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein elektrischer Motor ist, der mit Energie aus einer Energiequelle für elektrische Energie gespeist wird.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Energiequelle von austauschbaren Batterien oder Akkumulatoren gebildet ist.
Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) ein Drucksensor vorgesehen ist, welcher den Druck, den Druckverlauf, und/oder den Druckabfall im wasserführenden Teil der Armatur beim Zapfen von Wasser erfasst; und (b) eine mit den Signalen des Drucksensors beaufschlagte Steuerung vorgesehen ist, welche den Antrieb nach Maßgabe der Signale steuert.
Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einlassseitiger Druckminderer stromaufwärts zu dem Einlassventil vorgesehen ist.
Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil von einem Rückflussverhinderer (116, 118) gebildet ist.
Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass an einem rohrförmigen Gehäusestutzen (40, 42) vorgesehen ist und das Hubelement einen Kolben (108, 110) umfasst, welcher in dem Gehäusestutzen (40, 42) in Längsrichtung beweglich geführt ist.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil in dem Kolben vorgesehen ist.
Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Pleuel (104, 106) oder ein anderes Element zur Übertragung einer Drehbewegung des Antriebs auf das Hubelement (108, 110).
Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (74) eine Welle (80) antreibt, welche ein Drehmoment auf ein drehbewegliches Element (98) ausübt, an welches das dem Hubelement abgewandte Ende eines Pleuels exzentrisch angelenkt ist.
Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherheitsventil im Auslass stromabwärts zum Einlassventil vorgesehen ist.
Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kugelhahn oder eine andere Absperrung im Einlass vorgesehen ist.
Trinkwassererwärmer (14) mit einem Luftpolster (28) zur Aufnahme von Ausdehnungswasser enthaltend eine Belüftungsarmatur (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche.