Wärmemengenmesser
Die Erfindung betrifft einen Wärmemengenmesser, bestehend aus einem Warmwasserzähler mit aufgesetztem Integnerwerk mit Reibradsystem und Verstellung des Reibrades mittels- eines einarmigen Hebels unter dem Einfluss von zwei mechanischen Temperaturgebern für die Vor- und Rücklauftemperatur.
Es ist ein Wärmemengenmesser dieser Art bekannt, bei dem zwei übereinstimmende Temperaturgeber, jeweils bestehend aus einem flüssigkeitsgefüllten Fühler, einer Übertragungsleitung und einem als Membrangehäuse ausgebildeten Empfänger auf einen einarmigen Hebel wirken, um die jeweilige Temperaturdifferenz zur Einstellung des Reibrades in das Integrierwerk einzugeben. Dabei ist nur dann eine präzise Angabe der Temperaturdifferenz zu erwarten, wenn eine der beiden Temperaturen als praktisch konstant angesehen werden kann. Diese Voraussetzung lässt sich aber in der Praxis nicht machen.
Um trotzdem zu einer exakten Einstellung des Reibrades proportional der Temperaturdifferenz zu kommen, hat man deshalb bisher stets zu komplizierteren, kinematischen Obertragungsmechanismen Zuflucht genommen und auf die mechanische, besonders einfache Lösung des einarmigen Hebels verzichtet.
Die Erfindung weist einen Weg, trotz der Verwendung eines einarmigen Hebels in einem Wärmemengenmesser der eingangs genannten Art zu einer exakten Übertragung der Temperaturdifferenz zu kommen. Dieser Weg besteht darin, dass die Geberkonstanten der beiden Temperaturgeber, d. h. deren Längendilatation je gemessener Temperatureinheit, derart unterschiedlich bemessen werden, dass sie sich wie die zugehörigen Abschnitte an dem einarmigen Hebel verhalten, gerechnet vom Reibrad bis zu den Angriffspunkten der Empfänger.
Die Geberkonstante ist bei solchen Temperaturgebern, die aus einem flüssigkeits- oder gasgefüllten Fühler, einer Verbindungsleitung und einem volumenveränderlichen Empfänger bestehen, direkt abhängig von dem Fühlervolumen und dem auf den jeweiligen Fühler bezogenen Volumenausdehnungs-Koeffizienten des Fühlermediums, sowie umgekehrt abhängig von dem Empfängervolumen. Wenn (wie beispielsweise bei einem Wellrohr, Balg oder Membrangehäuse) die Querschnittsfläche des Empfängers praktisch konstant ist, ist die Geberkonstante nicht vom Empfängervolumen sondern nur vom Empfängerquerschnitt umgekehrt abhängig.
Bei übereinstimmenden Füllmedien und Fühlermaterialien sowie übereinstimmender Querschnittsfläche bei den Empfängern sind die Geberkonstanten der beiden Temperaturgeber nur noch von den Fühlervolumina abhängig. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich daher bei Verwendung derartiger Temperaturgeber dadurch aus, dass sich die Fühlervolumina zueinander wie die zugehörigen Hebelabschnitte an dem einarmigen Übertragungshebel verhalten.
Zweckmässig verhalten sich auch die Empfängervolumina wie die zugehörigen Hebelabschnitte, und zwar aus folgendem Grund:
Die Empfänger werden im praktischen Betrieb verschiedene Temperaturen annehmen. Auch wenn ihre Temperatur übereinstimmt, können bei Abweichung dieser Temperatur von der Temperatur bei der Eichung auf Grund der daraus resultierenden Empfängerdilatationen Anzeigefehler entstehen, sofern nicht die Bedingung dieses Erfindungsmerkmals erfüllt ist. Dabei sollten allerdings besondere Einrichtungen vorgesehen sein, die eine Gleichstellung der Empfängertemperatur sicher stellen.
Nach einer anderen, sehr zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung werden Temperaturgeber auf Basis der verschiedenen thermischen Längendilatation zweier Werkstoffe benutzt. Dabei sollen zweckmässigerweise die Materialien der Geber in dem von der Aussentemperatur noch wesentlich beeinflussten Bereich hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten übereinstimmen, und es sollten auch Mittel zum Temperatur ausgleich zwischen den Übertragungsgliedern der Geber von den Fühlern zu dem Hebelsystem vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen
Fig. 1 schematisch die Anordnung eines mit flüssigkeits- oder gasgefüllten Temperaturgebern arbeitenden Wärmemengenmessers, und
Fig. 2 die Anordnung von Temperaturgebern auf Basis der verschiedenen thermischen Längendilatationen zweier Werkstoffe in einem derartigen Wärmemengenmesser.
In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 allgemein ein Reibradgetriebe bezeichnet, dessen Treibrad 2 auf der Welle eines Wasserzählers sitzt, und dessen Reibrad 3 auf der Welle 4 des Wasserzählers 5 axial verschiebbar ist. Der von dem Treibrad 2 direkt angetriebene Zähler 6 zeigt lediglich die durchgesetzte Heizwassermenge an, während die jeweilige Temperaturdifferenz auf einer Skala 7 abgelesen werden kann, deren Zeiger 8 an dem einarmigen Hebel 9 sitzt, welcher mit seinem Ende 10 die Stellung des Reibrades bestimmt. Das entgegengesetzte Ende 11 des Hebels und ein mittlerer Punkt 12 sind mit Empfängerbälgen 13 und 14 gelenkig verbunden. Dabei kann die Verbindung bei dem Punkt 12 in Längsrichtung zur genauen Einstellung der Hebelabschnitte verstellbar sein.
Der Hebel 9 kann gegebenenfalls ausschliesslich von den Empfängern 13 und 14 gehalten sein, jedoch ist es auch möglich, noch zusätzliche Lagereinrichtungen dafür vorzusehen, beispielsweise Führungen, die ihn quer zu seiner Bewegungsebene, die mit der Zeichenebene übereinstimmt, halten.
Die Empfänger 13 und 14 stehen über Leitungen 15, 16 mit den Fühlern 16 und 17 in der Vorlaufleitung 18 und der Rücklaufleitung 19 in Verbindung. Die Leitungsvolumina sollen klein gegenüber den Volumina von Fühler und Empfänger sein, um Fehler auf Grund unterschiedlicher Leitungstemperatur zu verringern.
Wenn der Hebelabschnitt zwischen dem Reibrad und dem Angriffspunkt 12 des Empfängers des Vorlauffühlers a ist, und der Abschnitt zwischen den beiden Empfänger-Angriffspunkten mit b bezeichnet wird, und wenn weiterhin die Volumina der Fehler 17 und 16 im Vorlauf und Rücklauf Vn. und VFr sind, ist VFV ¯ a
VFr a + b
Ebenso soll mit den Empfängervolumina VEV und VEr sein: VEY ¯ a
VEr aMb wodurch Fehler auf Grund von Abweichungen der Empfängertemperatur von den Eichverhältnissen ausgeschaltet werden. Das Empfängervolumen kann dabei auch die Volumina der Verbindungsleitung berücksichtigen.
Der Bereich der Empfänger und Verbindungsleitungen soll dabei auf übereinstimmender Temperatur gehalten werden, was in bekannter Weise dadurch geschehen kann, dass dieser Bereich gegenüber der Umgebung isoliert ist und gegebenenfalls gut wärmeleitende Bauteile innerhalb des isolierten Raumes vorgesehen sind.
Der Werkstoff des Empfängers soll gealtert sein.
Ausführungsformen sind z. B. metallische Faltenbälge, längsdehnbares Federstahfrohr, belastet im Proportionalbereich und Bälge aus Elastomeren.
Das wirksame Balgvolumen kann durch gröbere Kapillarleitungen getrimmt werden, die im Prinzip als abklemmbares Volumen dem übrigen Balgvolumen zugefügt sind.
Insbesondere, wenn eine Nebeneinanderführung von Vor- und Rücklauf eines zu messenden Heizsystems möglich ist, kann eine sehr präzise Weitergabe der Temperaturdifferenz an den Hebel dadurch erfolgen, dass jeweils ein Thermometersystem verwandt wird, das die verschiedene Ausdehnung von zwei festen Stoffen, insbesondere Metallen, benutzt. Bei der in Fig. 2 dargestellten, zweckmässigen Lösung hat das eine Metall Rohrform 20 und das zweite Metall wird als Seele 21 in dem Rohr geführt. Die wirksame Fühlerlänge ist auch in diesem Fall für beide Thermometersysteme verschieden und richtet sich nach der beabsichtigten Hebelübersetzung, also nach der massgeblichen Bedingung, dass der Warmwasserzähler für die Temperaturdifferenz Null zwischen beiden Fühlern die Wärmemenge Null zählen muss.
Zur Vermeidung von Fehlern durch von aussen in den Fühler eindringende Falschtemperaturen wird ein genügend grosser Anteil neutralen Materials-also bei der letztgenannten Anordnung Rohr und Seele - aus Material mit gleichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten noch in den Fühlerabgang mit eingebaut. Verschieden grosse Empfänger sind nur notwendig bei Flüssigkeitsfüllung. Die Ausführungsform des Fühlers nach Bild 3 sieht einen oder mehrere jeweils gerade Rohre mit Seele vor, wobei im letzten Fall die Ausdehnungsunterschiede sich summieren. Auch die Zuführungsleitung bis zum Hebel ist starr, oder wenig beweglich, um den Primärzustand der Alterung des Materials zu bewahren.
Die Übertragungsglieder 23, 24 der Temperaturgeber können beispielsweise weitgehend in einem gemeinsamen Block 24 liegen, der für Temperaturausgleich sorgt, wobei wiederum eine Aussenisolation vorgesehen sein kann.