DE4029780C2 - Wasser-Durchflußmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasser-Durchflußmesser, insbesondere bei einem Durchlauferhitzer mit einem in einem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotationskörper, der von einer tangentialen Wasserströmung angetrieben ist und dessen Drehungen erfaßt sind.

Ein derartiger Wasser-Durchflußmesser ist in der FR-PS 12 15 731 bei einem Gas-Durchlauferhitzer beschrieben. Der Rotationskörper ist als Flügelrad ausgebildet. Es hat sich gezeigt, daß durch das Flügelrad unerwünschte Geräusche entstehen. Diese lassen sich darauf zurückführen, daß die Flügel einzeln in den Wasserstrom eintauchen und diesen verlassen. Es kommt dabei zu Vibrationen. Diese haben auch einen ungleichmäßigen Rundlauf des Rotationskörpers zur Folge. Dies ist besonders ungünstig, wenn aus der Drehung des Rades elektrische Impulse abgeleitet werden sollen.

Ein Wasser-Durchflußmesser der eingangs genannten Art bei einem elektrischen Durchlauferhitzer ist in der DE 38 40 210 A1 beschrieben. Auch dort ist der Rotationskörper ein Flügelrad, so daß sich auch in diesem Fall die genannten Unzulänglichkeiten ergeben. Auch hier trifft die Wasserströmung senkrecht auf die Flächen der einzelnen Flügel.

In der DE-PS 9 36 540 ist ein Wärmemengenzähler beschrieben. Es ist ebenfalls ein Flügelrad vorgesehen.

Bei dem genannten Flügelrad wurde beobachtet, daß dieses beim Abschalten der Wasserströmung nachläuft. Dies läßt sich auf die Trägheit der zwischen den Flügeln eingeschlossenen Wasser- Teilvolumina zurückführen. Ein derartiges Nachlaufen ist ungünstig, da dadurch das Meßergebnis verfälscht wird.

In der US-PS 4 047 433 ist ein gezahnter Rotor vorgesehen, der von einer Wasserströmung beaufschlagt wird, die wendelförmig durch die Meßkammer strömt. Die Fläche, die die Zähne der eintretenden Wasserströmung entgegenstellen, ist wenigstens so groß wie der Strömungsquerschnitt. Damit ist eine reproduzierbare Erfassung der Strömungsmenge nicht möglich.

Das DE-GM 75 01 864 enthält ebenfalls eine Durchfluß-Meßeinrichtung mit einem gezahnten Rotor. Auch hier wurde beobachtet, daß durch ein mögliches Nachlaufen das Meßergebnis verfälscht wird.

Schließlich ist aus der WO 90 06 493 eine Durchfluß-Meßeinrichtung bekannt, die nach Fig. 4 drei parallele Scheiben enthält. Diese Scheiben werden durch die Wasserströmung mitgenommen, wobei hier allein die Wasserreibung das Mitnehmen gewährleistet. Durch unterschiedliche Viskosität der Wässer kann es auch hier zur Verfälschung des Meßergebnisses kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wasser-Durchflußmesser der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die Geräuschentwicklung gemindert ist, wobei die Winkelbewegung des Rotationskörpers möglichst gleichmäßig von der Wasserströmung abhängt und dieser beim Abschalten der Wasserströmung möglichst sofort stillsteht.

Bei einem Wasser-Durchflußmesser der eingangs genannten Art ist obige Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Rotationskörper an seinem Umfang eine Mehrzahl von strahlenförmig angeordneten Stiften aufweist, die jeweils der Wasserströmung eine Fläche entgegenstellen, die wesentlich kleiner als der Strömungsquerschnitt im Gehäuse ist, und daß die Stifte in wenigstens zwei radial zur Drehachse liegenden Ebenen angeordnet sind.

Die Stifte führen praktisch zu keiner Geräuschentwicklung, da sie die Wasserströmung höchstens geringfügig verwirbeln. Durch eine gleichmäßige Verteilung der Stifte am Umfang ist gewährleistet, daß die Drehung des Rotationskörpers gleichmäßig der Wasserströmung folgt. Beim Abschalten der Wasserströmung bleibt der Rotationskörper praktisch sofort stehen, da er keine Wasservolumina einschließt, die ihn nach dem Abschalten der Wasserströmung weiterbewegen.

Beim Stand der Technik ist davon ausgegangen, daß es besonders günstig sei, den Rotationskörper mit Flügeln so zu gestalten, daß jeder Flügel der Wasserströmung eine Fläche entgegenstellt, die praktisch ebenso groß ist wie der Strömungsquerschnitt der Wasserströmung. Dies ist zwar günstig, um aus der Wasserströmung ein hohes Drehmoment für den Rotationskörper abzuleiten, führt jedoch zu anderen Schwierigkeiten. Nach der Erfindung ist in Kauf genommen, daß der Rotationskörper nur mit einem vergleichsweise kleinen Drehmoment dreht. Er paßt sich jedoch der Strömungsgeschwindigkeit praktisch verzögerungsfrei an.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen elektrischen Durchlauferhitzer mit Durchflußmesser, schematisch,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Durchflußmessers und

Fig. 3 einen Schnitt des Durchflußmessers längs der Linie III-III nach Fig. 2.

Ein elektrischer Durchlauferhitzer weist eine Wasserstrecke (1) auf, die bei einem Kaltwasserzulauf (2) beginnt und bei einem Warmwasserablauf (3) endet, an den ein Zapfventil (4) angeschlossen ist. Die Wasserstrecke (1) umfaßt einen Kaltwasserbereich (5) und einen Heizbereich (6).

Im Kaltwasserbereich (5) sind dem Kaltwasserzulauf (2) ein Sieb (7), ein Durchflußmesser (8) und ein Stellventil (9) in Reihe geschaltet. Im Heizbereich (6) liegen in der Wasserstrecke (1) elektrische Heizkörper (10), deren Leistung von einer elektronischen Steuereinrichtung (11) gesteuert ist.

Nach dem Stellventil (9) zweigt eine Bypaßleitung (12) ab, die über ein Bypaßventil (13) an einer Stelle (14) in den Warmwasserablauf (3) mündet, welche zwischen dem Warmwasserablauf (3) und den Heizkörpern (10) liegt. Zwischen der Stelle (14) und dem Warmwasserablauf (3) ist ein Temperaturfühler (15) angeordnet, der ein Steuersignal an die Steuereinrichtung (11) gibt. Die Steuereinrichtung (11) erhält auch ein Steuersignal von dem Durchflußmesser (8). Sie steuert das Stellventil (9). An die Steuereinrichtung (11) ist ein Temperatur- Sollwertgeber (16) angeschlossen.

Das Stellventil (9) hat beispielsweise einen Einstellbereich zwischen 2 l/min. bis 15 l/min. Durch den Strömungswiderstand des Heizbereichs (6) stellt sich die zum Durchlauferhitzer fließende Wassermenge (V1) auf einen entsprechenden Wert, beispielsweise 10 l/min., ein; und zwar durch die Anpassung des Öffnungsdrucks des Bypaßventils (13) einerseits und des Differenzdrucks des Heizbereichs (6) andererseits. Der Durchflußmesser (8) führt bei einer Mindestdurchflußmenge, beispielsweise 2 l/min., zum Einschalten der Steuereinrichtung (11) und damit der Heizkörper (10).

Solange das Stellventil (9) auf eine Durchflußmenge eingestellt ist, bei der kein hinreichend großer Differenzdruck zwischen dem Kaltwasserbereich (5) und dem Heizbereich (6) entsteht, bleibt das Bypaßventil (13) geschlossen. Steigt die vom Stellventil (9) durchgelassene Wasserdurchflußmenge, dann steigt auch der Differenzdruck. Erreicht dieser beispielsweise 0,5 bar, dann beginnt das Bypaßventil (13) zu öffnen. Dadurch ergibt sich über die Bypaßleitung (12) ein zusätzlicher, kalter Wasserstrom (V2) zum Warmwasserablauf (3). Mit zunehmendem Öffnen des Stellventils (9) steigt der vom Heizbereich (6) hervorgerufene Staudruck. Dementsprechend erhöht sich der Differenzdruck am Bypaßventil (13) weiter und der Wasserstrom (V2) verstärkt sich.

Ist das Zapfventil (4) ganz geöffnet und nur eine mittlere Solltemperatur eingestellt, dann wird nicht die Heizleistung der Heizkörper (10) entsprechend verringert; es wird vielmehr das Stellventil (9) so weit geöffnet, daß durch Zumischen des Kaltwasser-Wasserstroms (V2) am Wasserablauf (3) die gewünschte Temperatur auftritt. Wird die Solltemperatur erhöht, dann schließt sich das Stellventil (9) entsprechend. Dementsprechend schließt dann auch das Bypaßventil (13).

Ist das Stellventil (9) so weit geschlossen, daß seine Durchflußmenge am Heizbereich (6) einen Staudruck erzeugt, der einen Differenzdruck am Bypaßventil (13) entstehen läßt, welcher kleiner ist als dessen Öffnungsdruck, dann bleibt das Bypaßventil (13) geschlossen.

Der Durchflußmesser (8) erfaßt die momentan durchfließende Wassermenge (V1 + V2). Er gibt ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung (11). Sinkt der Wassernetzdruck ab, dann wird über die Steuereinrichtung (11) das Stellventil (9) weiter geöffnet. Steigt der Wassernetzdruck an, dann wird über die Steuereinrichtung (11) das Stellventil (9) weiter geschlossen.

Der Wasserdurchflußmesser (8) weist ein Gehäuse (17) auf, in das auch das Stellventil (9) und das Sieb (7) integriert sein können. Zwischen einer Einlaufhülse (18) und einem Auslaufstutzen (19) des Gehäuses (17) besteht ein zylindrischer Raum (20), in dem ein Rotationskörper (21) an Zapfen (22) um eine Drehachse (D) drehbar gelagert ist. Der Rotationskörper (21) trägt eine Magnetscheibe (23) mit dauermagnetischen Eigenschaften. Der Magnetscheibe (23) gegenüber ist außen am Gehäuse (17) ein nicht näher dargestellter Sensor angeordnet, der die Drehungen der Magnetscheibe (23) und damit die des Rotationskörpers (21) erfaßt.

Der Rotationskörper (21) trägt außerdem drehfest zwei Ringe (24, 25). Bei anderen Ausführungsbeispielen kann nur ein Ring oder können mehrere Ringe vorgesehen sein.

Jeder Ring (24, 25) weist sich radial erstreckende Stifte (26 bzw. 27) auf. Jeder der Stifte (26, 27) ist in seinem Querschnitt etwa kreisförmig oder oval und an seiner Kuppe (28) abgerundet.

Die Stifte (26, 27) der Ringe (24, 25) erstrecken sich in radial zur Drehachse (D) liegenden Ebenen (E, F). Diese sind voneinander beabstandet und stehen neben der Mittelachse (M) der Einlaufhülse (18) (vgl. Fig. 2).

Die Stifte (26) des Rings (24) sind in der Ebene (E) gegenüber den Stiften (27) des Rings (25) in der Ebene (F) etwa auf Mitte gegeneinander versetzt (vgl. Fig. 3). Die Stifte (26, 27) reichen nicht bis zum Umfang des zylindrischen Raumes (20).

Die Stifte (26, 27), die jeweils der Einlaufhülse (18) gegenüberstehen, stellen der durch diese eintretenden Wasserströmung nur eine Fläche entgegen, die wesentlich kleiner ist als die Querschnittsfläche der durch die Einlaufhülse (18) eintretenden Strömung (vgl. Fig. 2). Die durch die Einlaufhülse (18) eintretende Wasserströmung nimmt dabei einen Kreisquerschnitt an, wobei die Stifte (26, 27) in ihrem in der Wasserströmung liegenden Längsschnitt nur vergleichsweise schmale Stege darstellen. Die Wasserströmung wird dabei durch die Stifte (26, 27) kaum beeinflußt. Dennoch bieten die von der Wasserströmung beaufschlagten Stifte (26, 27) eine hinreichende Angriffsfläche, um den Rotationskörper (21) anzutreiben.

Die Stifte (26, 27) bilden im zylindrischen Raum (20) keine Kammern, in denen Teilvolumina des durchströmenden Wassers eingeschlossen sind.

Durch die in den Ebenen (E, F) versetzte Anordnung der Stifte (26, 27) ist erreicht, daß der Wasserströmung sehr gleichmäßig Stifte gegenüberstehen, ohne daß andererseits die jeweils in der Strömungsrichtung der Wasserströmung liegende Flächen groß sind.

Beim Ausführungsbeispiel sind an jedem der Ringe (24, 25) etwa zehn Stifte (26, 27) angeordnet.

Es hat sich gezeigt, daß beim beschriebenen Durchflußmesser kaum eine Geräuschentwicklung auftritt und daß die Drehung des Rotationskörpers (21) sehr genau der Wasserströmung folgt und der Rotationskörper (21) beim Unterbrechen der Wasserströmung praktisch sofort stillsteht und er beim Einschalten der Wasserströmung sofort anläuft. Dadurch ist erreicht, daß das Signal, das die Steuereinrichtung (11) von dem Durchflußmesser (8) erhält, exakt der jeweiligen Wasser- Durchflußmenge entspricht.

Claims (5)

1. Wasser-Durchflußmesser, insbesondere bei einem Durchlauferhitzer mit einem in einem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotationskörper, der von einer tangentialen Wasserströmung angetrieben ist und dessen Drehungen erfaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (21) an seinem Umfang eine Mehrzahl von strahlenförmig angeordneten Stiften (26, 27) aufweist, die jeweils der Wasserströmung eine Fläche entgegenstellen, die wesentlich kleiner als der Strömungsquerschnitt im Gehäuse (17) ist, und daß die Stifte (26, 27) in wenigstens zwei radial zur Drehachse (D) liegenden Ebenen (E, F) angeordnet sind.

2. Wasser-Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (26, 27) in den Ebenen (E, F) gegeneinander versetzt sind.

3. Wasser-Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Stifte (26, 27) kreisförmig oder oval ist.

4. Wasser-Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (26, 27) an ihren Kuppen (28) gerundet sind.

5. Wasser-Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (26, 27) an wenigstens zwei Ringen (24, 25) ausgebildet sind, die drehfest auf den Rotationskörper (21) aufgesetzt sind.