DE3541661A1 - Vorrichtung zum schalten einer heizleistung bei durchlauferhitzern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schal­ ten einer Heizleistung bei Durchlauferhitzern in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstrom in einem Durchlaufkanal.

Bei Durchlauferhitzern darf die Heizleistung nur eingeschaltet werden, wenn ein ausreichender Flüssigkeitsstrom durch den Durchlaufkanal fließt und die Heizleistung aufnimmt. Anderenfalls würde der Durchlauferhitzer überhitzt und beschädigt werden.

Bei bekannten Durchlauferhitzern wird die Heiz­ leistung von einer Membran geschaltet, an welcher ein Differenzdruck auftritt, wenn Flüssigkeit durch den Durchlaufkanal strömt. Der Differenzdruck wird bei bekannten Geräten durch eine Drossel im Durch­ laufkanal erzeugt, an welcher ein Druckabfall auf­ tritt. Der Druck stromauf von der Drossel wird auf eine Seite der Membran geleitet, und der Druck stromab von der Drossel wird auf die andere Seite der Membran geleitet. Es ist aber auch bekannt, den Differenzdruck durch eine Venturidüse zu erzeugen, wobei der in der Venturidüse erzeugte Sog auf einer Seite der Membran wirksam wird. Vom Hub der Membran wird die Heizleistung geschaltet. Bei einem gasbe­ heizten Durchlauferhitzer geschieht dies dadurch, daß mit der Membran ein Gasventil verbunden ist. Bei einem elektrischen Durchlauferhitzer wird von der Membran ein elektrischer Schalter betätigt. Die Bewegung der Membran wird dabei über einen Stößel übertragen, der mittels einer Stopfbuchse aus dem flüssigkeitsgefüllten Raum herausgeführt ist. Die Membran ist von einer Feder im Sinne einer Abschal­ tung der Heizleistung belastet. Erst bei einem vor­ gegebenen Differenzdruck wird die Federvorspannung überwunden und die Heizleistung eingeschaltet. Dadurch wird sichergestellt, daß die Heizleistung nur bei Erreichen eines vorgegebenen Flüssigkeits­ stromes eingeschaltet wird.

Die bekannten Geräte erfordern einen relativ hohen Vordruck am Eingang des Durchlauferhitzers, also in der Kaltwasserzufuhrleitung. In manchen Gegenden steht nur ein geringer Druck im Versorgungsnetz zur Verfügung. Durchlauferhitzer der beschriebenen Art sind daher häufig nicht anwendbar. Das gleiche gilt für die oberen Stockwerke von Hochhäusern. Auch kann z.B. durch Betätigen eines Druckspülers der Druck in der Kaltwasserzuleitung soweit zusammen­ brechen, daß der Durchlauferhitzer abschaltet. Dies liegt zu einem wesentlichen Teil an der Stopfbuch­ senreibung bei der Übertragung der Bewegung der Membran.

Die bekannten Vorrichtungen zum Schalten der Heizleistung in Abhängigkeit von dem Flüssig­ keitsstrom im Durchlaufkanal stellen außerdem relativ komplizierte mechanische Gebilde dar, die viel Raum im Gerät erfordern und fertigungstech­ nische Probleme mit sich bringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schalten einer Heizleistung bei Durchlauferhitzern in Abhängigkeit von dem Flüssig­ keitsstrom in einem Durchlaufkanal kompakt und ein­ fach so aufzubauen, daß das Gerät bei geringen Vor­ drücken in der Kaltwasserzuleitung funktioniert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch

• a) einen geraden Meßkanal,
• b) einen in dem Meßkanal angeordneten, beweg­ lichen, federbelasteten Drosselkörper,
• c) Mittel zur Erzeugung einer von dem Flüssig­ keitsstrom bestimmten Strömung in dem Meß­ kanal,
• d) Abtastmittel zur berührungslosen Abtastung der Bewegung des Drosselkörpers in dem Meßkanal und
• e) von den Abtastmitteln gesteuerte Schaltmittel für die Heizleistung.

Die Vorrichtung enthält somit lediglich einen gera­ den Meßkanal, in welchem ein vorbelasteter Drossel­ körper, beispielsweise eine federbelastete Kugel, angeordnet ist. In dem Meßkanal wird eine Strömung erzeugt, die von dem Flüssigkeitsstrom im Durch­ laufkanal bestimmt ist. In Abhängigkeit von dieser Strömung wird der Drosselkörper gegen die Wirkung der Vorbelastung bewegt. Diese Bewegung wird be­ rührungslos abgetastet und durch die Abtastmittel werden wiederum Schaltmittel für die Heizleistung geschaltet.

Der mechanische Aufbau einer solchen Vorrichtung ist denkbar einfach und raumsparend. Die Bewegung des Drosselkörpers wird berührungslos abgetastet. Der Drosselkörper braucht daher keine Kräfte zur Schaltung der Heizleistung, also beispielsweise zum Öffnen eines Ventils oder zum Betätigen eines elek­ trischen Schalters aufzubringen. Ebenso wird durch die berührungslose Abtastung das Problem der Durch­ führung der Bewegung aus dem wassergefüllten Raum heraus gelöst. Es kann daher die Stopfbuchsenrei­ bung vermieden werden. Die zur Verstellung des Drosselkörpers erforderlichen Kräfte und damit der strömungsabhängige Druckabfall können sehr gering gehalten werden. Es ist daher auch eine nur sehr geringe Drosselung des Flüssigkeitsstroms im Durch­ laufkanal erforderlich, um diesen Differenzdruck zu erzeugen. Der Durchlauferhitzer kann dadurch auch an ein Versorgungsnetz mit geringem Flüssigkeits­ druck angeschlossen werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schalten einer Heiz­ leistung bei Durchlauferhitzern in Ab­ hängigkeit von dem Flüssigkeitsstrom in einem Durchlaufkanal.

Fig. 2 zeigt in ähnlicher Darstellung eine Abwandlung des Meßkanals und der Ab­ tastmittel.

Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung mit photoelektrischer Abtastung.

Mit 10 ist ein Durchlaufkanal bezeichnet. Der Durchlaufkanal 10 durchsetzt in nicht näher darge­ stellter Weise einen Kanalblock 12 mit Heizkanälen, in denen Heizwendeln 14, 16, 18 angeordnet sind. Die Heizwendeln 14, 16, 18 liegen an verschiedenen Phasen eines Drehstroms. Es kann sich dabei um unisoliert im Durchlaufkanal angeordnete Heizwendeln handeln, wie sie beispielsweise in der DE-AS-12 38 591 dar­ gestellt sind.

In dem Durchlaufkanal 10 ist eine Drossel 20 vorge­ sehen, die von einer Drosselschraube 22 gebildet wird. Ein gerader Meßkanal 24 ist einem Abschnitt 26 des Durchlaufkanals über stromaufwärtige bzw. stromabwärtige Verbindungskanäle 28 bzw. 30 parallelgeschaltet. Der Abschnitt 26 enthält die Drossel. Dadurch entsteht in dem Meßkanal, wie durch die Pfeile angedeutet, eine Strömung. Die von der Drosselschraube 22 gebildete Drossel stellt daher Mittel zum Erzeugen einer von dem Flüssig­ keitsstrom in dem Durchlaufkanal 10 bestimmten Strömung in dem Meßkanal 24 dar.

In dem geraden Meßkanal 24 ist ein beweglicher, durch eine Feder 32 entgegen der Strömungsrichtung belasteter Drosselkörper 34 angeordnet. Der Außen­ durchmesser des Drosselkörpers ist wesentlich ge­ ringer als der Innendurchmesser des Meßkanals 24, so daß zwischen Drosselkörper 34 und Wandung des Meßkanals 24 ein ringförmiger Durchgang 36 von gegenüber dem Querschnitt des Meßkanals 24 vermin­ dertem Querschnitt gebildet ist. Der Drosselkörper 34 ist auf einer koaxial in dem Meßkanal 24 ange­ ordneten Führungsstange 38 geführt. Er hat vorzugs­ weise kugelförmige Gestalt. Bei einem Flüssigkeits­ strom im Durchlaufkanal 10 tritt eine durch diesen Flüssigkeitsstrom bestimmte Strömung in dem Meß­ kanal 24 auf, wie durch Pfeile angedeutet ist. Durch diese Strömung tritt eine Druckdifferenz an dem Drosselkörper 34 auf, welche den Drosselkörper entgegen der Wirkung der Feder 32 bewegt. Es sind Abtastmittel 40 zur berührungslosen Abtastung der Bewegung des Drosselkörpers 34 in dem Meßkanal 24 vorgesehen. Von diesen Abtastmitteln 40 sind Schaltmittel 42 für die Heizleistung gesteuert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung ist der Drosselkörper 34 magnetisch. Die Abtastmittel 40 weisen einen von dem Magnetfeld des Drosselkörpers 34 betätigbaren Schalter 44 in Form eines Reedkon­ takts auf. Der Reedkontakt 44 schließt den Strom­ kreis einer Spule 46, die von einer Spannungsquelle 48 gespeist ist. Die Spule 46 zieht einen Anker 50 an, welcher an einem Hebel 52 angelenkt ist. Uber den Hebel 52 und ein Betätigungsglied 54 ist ein Mikroschalter 56 betätigbar. Der Mikroschalter 56 legt eine Phase L ₁ des Drehstroms an die Heizwendel 14.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind längs des Meßkanals 24 axial versetzt erste Abtastmittel 40 und zweite Abtastmittel 58 angeordnet. Die zweiten Abtastmittel enthalten ebenfalls einen Reedkontakt 60. Von den ersten Abtastmitteln 40 sind, wie beschrieben, Schaltmittel 42 für eine Drehstromphase L ₁ der elektrischen Heizleistung betätigbar. Von den zweiten Abtastmitteln 58 sind Schaltmittel 62 für wenigstens eine weitere Dreh­ stromphase der elektrischen Heizleistung betätig­ bar. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung werden durch die zweiten Schaltmittel 62 gleich­ zeitig die beiden übrigen Drehstromphasen L ₂ und L ₃ an die Heizwendeln 16 bzw. 18 angelegt. Zu diesem Zweck wird über den Reedkontakt 60 eine Magnetspule 64 erregt. Die Magnetspule 64 bewegt einen Anker 66, der an einem Hebel 68 angelenkt ist. Durch den Hebel 68 sind über Betätigungsglieder 70 zwei Mikroschalter 72 und 74 betätigbar. Der Mikro­ schalter 72 schaltet die Phase L ₂ des Drehstroms an die Heizwendel 16. Der Mikroschalter 74 schaltet die Phase L ₃ des Drehstroms an die Heizwendel 18. Die Schaltung der Reedkontakte 44 und 60 ist so, daß bei Schließen des Reedkontaktes 44 nur die Magnetspule 46 an die Spannungsquelle 48 angelegt wird. Der Stromkreis verläuft von der oberen Klemme der Spannungsquelle 48 über die Magnetspule 46, Leitung 76, Reedkontakt 44 und Leitung 78 zur unteren Klemme der Spannungsquelle 48. Bei geöff­ netem Reedkontakt 60 ist die damit in Reihe liegen­ de Magnetspule 64 von der Spannungsquelle abge­ schaltet und nicht erregt. Wenn dagegen der Reed­ kontakt 60 geschlossen ist, dann liegen die beiden Magnetspulen 46 und 64 in Reihe an der Spannungs­ quelle 48. Der Stromkreis verläuft von der oberen Klemme der Spannungsquelle 48 über Leitung 80, Magnetspule 46, Leitung 82, Magnetspule 64, Leitung 84, Magnetspule 60 und Leitung 86 zur unteren Klemme der Spannungsquelle 48. Bei einem relativ geringen Flüssigkeitsstrom durch den Durchlaufkanal 10 und einer entsprechend geringen Strömung durch den Meßkanal 24 befindet sich der Drosselkörper 34 in der dargestellten unteren Stellung. Sein Magnet­ feld schließt den Reedkontakt 44, so daß über die Magnetspule 46 und den Mikroschalter 56 nur eine Phase L ₁ des Drehstroms an eine Heizwendel 14 ange­ legt wird. Bei geringen Flüssigkeitsströmen arbei­ tet das Gerät somit mit einer geringen Heiz­ leistung. Wenn der Flüssigkeitsstrom im Durchlauf­ kanal 10 sich erhöht, erhöht sich auch die Strömung im Meßkanal 24. Der Drosselkörper 34 wird gegen die Wirkung der Feder 32 weiter nach oben in die ge­ strichelt dargestellte Stellung bewegt. Jetzt schließt der Reedkontakt 60. Es werden jetzt beide Magnetspulen 46 und 64 erregt und alle Mikroschal­ ter 56,72 und 74 geschlossen. Es liegt dann die Phase L ₁ des Drehstroms an der Heizwendel 14, die Phase L ₂ an der Heizwendel 16 und die Phase L ₃ an der Heizwendel 18. Bei höheren Flüssigkeitsströmen wird daher mit einer entsprechend höheren Heiz­ leistung gearbeitet.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführung. Ent­ sprechende Teile sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Mittel zur Erzeugung einer Strömung in dem Meßkanal 24 von einer Venturidüse 88 gebildet, in welcher das stromabwärtige Ende 90 des Meßkanals 24 mündet. In einer Venturidüse wird die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich des engsten Querschnitts erhöht und damit ein Sog erzeugt. Dieser Sog hängt von dem Flüssigkeitsstrom ab, also von der pro Zeiteinheit durch den Durchflußkanal 10 strömenden Flüssigkeit. Durch den Sog wird eine Strömung durch den Meßkanal 24 erzeugt, die ebenfalls von dem Flüssigkeitsstrom im Durchflußkanal 10 abhängt. Diese Strömung bewegt einen Drosselkörper 92, der nach Art des Drosselkörpers 34 von Fig. 1 von einer Führungsstange 38 geführt und von einer Feder belastet ist. Der Drosselkörper 92 besteht aus ferromagnetischem Material, also beispielsweise Weicheisen. Abtastmittel 94 zur berührungslosen Abtastung der Bewegung des Drosselkörpers 92 in dem Meßkanal 24 enthalten in Fig. 2 einen induktiven Abgriff 96. Solche induktiven Abgriffe sind an sich bekannt und deshalb hier nicht im einzelnen beschrieben. Der induktive Abgriff 96 enthält zwei Spulenabschnitte, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind und deren Induktivitäten sich durch die Bewegung des Drosselkörpers 92 aus einer Mittellage heraus gegensinnig verändern. Aus der so erhaltenen Brückenverstimmung kann ein Ausgangs­ signal abgeleitet werden.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist der Drosselkörper 98 mit einer Stange 100 verbunden. Die Stange 100 erstreckt sich in Längsrichtung des Meßkanals 24 und ist mittels einer Stopfbuchse 102 leichtgängig aus dem Meßkanal 24 an dessen Stirnseite herausge­ führt. Die Bewegung der Stange 100 wird durch axial versetzte Gabellichtschranken 104, 106 üblicher Art abgetastet. Je nach dem Hub des Drosselkörpers 98 und der Stange 100 wird nur die Gabellichtschranke 104 unterbrochen oder es erfolgt eine Unterbrechung beider Gabellichtschranken 104 und 106. Über die Gabellichtschranken 104 und 106 und nachgeschaltete Verstärker wird die Heizleistung ähnlich wie in Fig. 1 stufenweise geschaltet.

Statt der im Meßkanal 24 sitzenden Feder 32 kann bei der Ausführung nach Fig. 3 auch eine Feder vor­ gesehen sein, die außerhalb des Meßkanals 24 und damit außerhalb des Wassers angeordnet ist und auf die Stange 100 wirkt.

Die beschriebenen Anordnungen können in vielfäl­ tiger Weise abgewandelt werden. Der Meßkanal 24 kann statt parallel auch in Reihe mit dem Durch­ laufkanal 10 angeordnet sein, obwohl die be­ schriebene Anordnung vorzuziehen ist. Statt der Reedkontakte 44 und 60 oder des induktiven Abgriffs 76 können die Abtastmittel einen von dem Magnetfeld des Drosselkörpers beaufschlagten Hallsensor ent­ halten. Statt eines induktiven Abgriffs der be­ schriebenen Art kann auch ein nach Art eines Differentialtransformators aufgebauter Abgriff vorgesehen sein. Die Steuerung der Schaltmittel 42 und 62 durch die ersten bzw. die zweiten Abtast­ mittel 40 bzw. 58 kann auch in der Weise erfolgen, daß bei einer ersten Stellung des Drosselkörpers nur die ersten Abtastmittel und bei einer zweiten Stellung des Drosselkörpers sowohl die ersten als auch die zweiten Abtastmittel ansprechen. Das kann durch geeignete Ausbildung des Drosselkörpers und der Abtastmittel erreicht werden. In diesem Falle steuern die ersten Abtastmittel 40 nur die ersten Schaltmittel 42 und die zweiten Abtastmittel 58 nur die zweiten Schaltmittel 62.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Schalten einer Heizleistung bei Durchlauferhitzern in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstrom in einem Durchlaufkanal (10), gekennzeichnet durch

• a) einen geraden Meßkanal (24),
• b) einen in dem Meßkanal (24) angeordneten, beweglichen, federbelasteten Drosselkörper (34),
• c) Mittel (20, 88) zur Erzeugung einer von dem Flüssigkeitsstrom bestimmten Strömung in dem Meßkanal (24),
• d) Abtastmittel (40, 58, 94) zur berührungs­ losen Abtastung der Bewegung des Drossel­ körpers (34) in dem Meßkanal (24) und
• e) von den Abtastmitteln (40, 58, 94) ge­ steuerte Schaltmittel (42, 62) für die Heizleistung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßkanal (24) zu einem Ab­ schnitt (26) des Durchlaufkanals (10) parallelgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die besagten Mittel zur Erzeugung einer Strömung in dem Meßkanal (24) von einer Drossel (20) gebildet sind, die in dem zu dem Meßkanal (24) parallelen Abschnitt (26) des Durchflußkanals (10) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die besagten Mittel zur Erzeugung einer Strömung in dem Meßkanal (24) von einer Venturidüse (88) gebildet sind, in welcher das stromabwärtige Ende des Meßkanals (24) mündet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (34) durch eine Feder (32) entgegen der Strö­ mungsrichtung belastet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außendurchmesser des Drossel­ körpers (34) wesentlich geringer ist als der Innendurchmesser des Meßkanals (24), so daß zwischen Drosselkörper (34) und Wandung des Meßkanals (24) ein ringförmiger Durchgang (36) von gegenüber dem Querschnitt des Meßkanals (24) vermindertem Querschnitt gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drosselkörper (34) auf einer koaxial in dem Meßkanal (24) angeordneten Führungsstange (38) geführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (34) magnetisch ist und die Abtastmittel (40, 58) einen von dem Magnetfeld des Drosselkörpers (34) betätigbaren Schalter (44, 60) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der von dem Magnetfeld betätig­ bare Schalter (44, 60) ein Reedkontakt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (92) ferromagnetisches Material enthält und die Abtastmittel (94) einen induktiven Abgriff (96) enthalten.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel eine Lichtschranke enthalten, die bei einer vorgegebenen Stellung des Drosselkörpers durch diesen unterbrochen wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltmittel (42, 62)

• a) durch die Abtastmittel (40, 58) eine auf einen Anker (50, 66) wirkende Magnetspule (46, 64) erregbar ist,
• b) der Anker (50, 66) mit einem schwenkbaren Hebel (52, 68) verbunden ist und
• c) durch den Hebel (52, 68) ein Mikroschalter (56, 72, 74) betätigbar ist, welcher eine elektrische Heizleistung schaltet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) längs des Meßkanals (24) axial versetzt erste und zweite Abtastmittel (40, 58) angeordnet sind und
• b) von den ersten Abtastmitteln (40) Schalt­ mittel (42) für eine Drehstromphase einer elektrischen Heizleistung betätigbar sind,
• c) von den zweiten Abtastmitteln (58) Schalt­ mittel (62) für wenigstens eine weitere Drehstromphase der elektrischen Heiz­ leistung betätigbar sind und
• d) bei einer ersten Stellung des Drossel­ körpers (34) nur die ersten Abtastmittel (40) und bei einer zweiten Stellung des Drosselkörpers die zweiten Abtastmittel (58) ansprechen.