DE3539020A1 - Wassermangelsicherung fuer einen durchlauf-wassererhitzer - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Wassermangelsicherung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Durch die zwangsweise Ver­ änderung des engsten Strömungsquerschnittes mit dem Wasser­ durchsatz kann eine annähernd lineare Abhängigkeit der Energiezufuhr zum Brenner des mit der Wassermangelsiche­ rung ausgestatteten Wassererhitzers vom Wassermengendurch­ satz und dadurch eine Temperaturkonstanz des auslaufenden Wassers erreicht oder zumindestens verhindert werden, daß es im Falle des Schadhaftwerdens eines Reglers für die Aus­ lauftemperatur zur Dampfbildung im Gerät kommt. Bei einer bekannten Wassermangelsicherung der eingangs genannten Gattung (DE-23 30 486 A1) ist trotz der koaxialen Anord­ nung der den engsten Strömungsquerschnitt begrenzenden Teile zur Stellgliedachse der zur Niederdruckkammer führen­ de Zweigkanal wie üblich durch Bohrungen im Gehäuse und in einem das Gehäuse abschließenden Deckel des hydraulischen Stellglieds gebildet. Diese Ausführung erfordert einen erhöhten Fertigungsaufwand zur Bildung des Zweigkanals und gegebenenfalls eines im Zweigkanal angeordneten Lang­ samzündventils.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß zur Bildung des zur Niederdruckkammer führenden Zweigkanals Bohrungen im Gehäuse und im Deckel des hydraulischen Stell­ glieds entfallen, wodurch die Fertigung dieser Teile ver­ einfacht und verbilligt ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.

Eine besonders einfache und fertigungsgerechte Ausführung er­ gibt sich, wenn der den engsten Strömungsquerschnitt innen begrenzende Stößel eine zum Kolbenglied offene zentrale Sack­ bohrung hat, von der mindestens eine Querbohrung in den Ringspalt zwischen Stößel und Gehäusebohrung führt.

Bei Anordnung eines Langsamzündventils in dem zur Nieder­ druckkammer führenden Zweigkanal ergibt sich eine ohne den üblichen Käfig für das Schließglied dieses Ventils aus­ kommende Ausführung, wenn die Sackbohrung im Stößel einen gegen das Kolbenglied gerichteten, erweiterten Bohrungs­ abschnitt hat, der das Schließglied aufnimmt, welches mit der inneren Ringkante des am Beginn des erweiterten Boh­ rungsabschnitts gebildeten Ringschulter als Ventilsitz zusammenarbeitet, und wenn im Schließglied eine den Ven­ tilsitz umgehende Drosselbohrung vorgesehen ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Stößel mit dem Schwim­ mer eines der Hochdruckkammer vorgeschalteten Wassermengen­ reglers verbunden ist, dessen Regelsitz axial verstellbar im Stellgliedgehäuse angeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann die den verengten Strömungsquerschnitt außen be­ grenzende Gehäusewand fest installiert, z.B. in einer in das Stellgliedgehäuse fest eingesetzten Buchse gebildet sein, deren Bohrung sich gegen das Kolbenglied vorzugs­ weise stufenlos erweitert. Die jeweilige Einstellung des Wassermengenreglers ergibt dann automatisch auch die größte Weite des verengten Strömungsquerschnitts bei maximalem Wassermengendurchsatz.

Bei Wassererhitzern ist es bekannt, die Auslauftemperatur mit Hilfe eines Temperaturweggebers zu regeln, der auf ein Ventil einwirkt, welches zusätzlich zu dem Ventil der Wasser­ mangelsicherung die Heizenergiezufuhr beeinflußt. Ferner ist es bekannt, im Steuerstromkreis des vom Temperaturweggeber beeinflußten Ventils einen Schalter anzuordnen, welcher von einem als Temperaturbegrenzer wirkenden Temperatur­ fühler an der Vorlaufleitung des Gerätes gesteuert ist. Dieser Temperaturbegrenzer unterbricht die Energiezufuhr, wenn der Temperaturweggeber defekt geworden ist und keine Regelung der Auslauftemperatur mehr erfolgt. Trotz dieses erhöhten Aufwandes kann beim Zapfen geringer Wassermengen pro Zeiteinheit nicht verhindert werden, daß es zur Dampf­ bildung im Gerät kommt, wenn der verengte Strömungsquer­ schnitt des Druckdifferenzerzeugers nicht in Abhängigkeit vom Wassermengendurchsatz gesteuert ist. Die Anordnung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Wassermangelsicherung kann daher auch den Temperaturbegrenzer bzw. den Temperatur­ regler ersetzen, dadurch den Steuerungsaufwand vereinfachen und darüberhinaus eine Dampfbildung bei geringem Wasser­ mengendurchsatz verhindern.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine Wassermangelsicherung für einen gasbeheizten Durchlauf-Wassererhitzer zur Brauch­ wassererwärmung und Fig. 2 in größerem Maßstab Einzel­ teile der Wassermangelsicherung nach Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die erfindungsgemäße Wassermangelsicherung besteht aus einem hydraulischen Stellglied 10 und einem von diesem beeinflußten Gasventil 12. Das Stellglied 10 hat ein Ge­ häuseteil 14, an welchem ein Eingang 16 und ein Ausgang 18 für das durchströmende Wasser gebildet sind. Der Ein­ gang 16 führt über Kanäle im Gehäuseteil 14 in einen axialen Ansatz 20 des Gehäuseteils 14, in den ein im Einzelnen noch beschriebener Wassermengenregler einge­ baut ist. Im Gehäuseteil 14 sitzt ein Einsatzkörper 22, der im Gehäuseteil 14 einen mit dem Ausgang 18 in Ver­ bindung stehenden Ringraum 24 dicht von einem über den Ansatz 20 mit dem Einlaß 16 verbundenen Ringraum 26 trennt. Der Einsatzkörper 22 hat eine zentrale Sack­ bohrung 28, die über eine Radialbohrung 30 mit dem Ringraum 24 verbunden ist. Ferner ist im Einsatzkörper 22 außermittig eine vom Raum 26 ausgehende Axialbohrung 32 vorgesehen.

Am oberen Ringrand des Gehäuseteils 14 ist durch einen gewölbten Deckel 34 eine Membrane 36 festgespannt, die den zwischen Einsatzkörper 22 und Deckel 34 gebildeten Raum in eine Hochdruckkammer 38 und eine Niederdruck­ kammer 40 teilt. Die Hochdruckkammer 38 steht über die Axialbohrung 32 im Einsatzkörper 22 mit dem Eingang 16 in Verbindung. Die Niederdruckkammer 40 ist über einen Zweig­ kanal an den Strömungsweg des Wassers angeschlossen, der im einzelnen noch näher beschrieben ist. Die Membrane 36 ist mit einem starren Membranteller 42 verbunden, an welchem ein Schaltstift 44 befestigt ist. Dieser ist in einem zentralen Ansatz 46 des Deckels 34 abgedichtet ver­ schiebbar geführt.

Am Deckel 34 - durch den Ansatz 46 zentriert - ist ein Ge­ häuseteil 48 des Gasventils 12 befestigt. Am Gehäuseteil 48 sind ein Einlaß 50 für das Gas und ein Ventilsitz 52 ge­ bildet, der von einem durch eine Schließfeder 54 belasteten Schließglied 56 überwacht ist. Das Schließglied 56 hat einen kolbenförmigen Ansatz 58, der in bekannter Weise den Öffnungsquerschnitt des Ventils in Abhängigkeit vom Schließgliedhub steuert. Zwischen dem Schließglied 56 und dem Schaltstift 44 des Stellglieds 10 ist ein axial verschiebbar geführter Stellstift 60 angeordnet, der die Bewegungen der Membrane 36 auf das Schließglied 56 über­ trägt.

Zur Bildung des vom Strömungsweg des Wassers in die Niederdruckkammer 40 führenden Zweigkanals und eines der Differenzdruckerzeugung dienenden verengten Strömungs­ querschnitts sind eine fest in die Sackbohrung 28 des Einsatzkörpers 22 eingesetzte Buchse 64 (Fig. 2) und ein mit dem Membranteller 42 fest verbundener, in die Buchse 64 hineinragender Stößel 66 vorgesehen. Die Buchse 64 hat einen gegen die Membrane 36 hin sich konisch erweiternden oberen Bohrungsabschnitt 68 und einen zylin­ drischen unteren Bohrungsabschnitt 70. Die beiden Stirn­ seiten 72 und 74 der Buchse 64 stehen von der Membrane 36 und dem Boden 76 der Sackbohrung 28 je ein Stück weit ab. Die Bohrungsabschnitte 68, 70 bilden daher einen Teil des Strömungsweges, der die Hochdruckkammer 38 mit dem Ausgang 18 verbindet.

Der Stößel 66 hat einen im Durchmesser verdickten Endab­ schnitt 78, der in Schließstellung des Gasventils 12 im Bereich des zylindrischen Bohrungsabschnittes 70 der Buchse 64 einen verengten Ringspalt 80 begrenzt. Im Bereich des verdickten Endabschnittes 78 ist der Stößel mit einer Quer­ bohrung 82 versehen, welche in eine Sackbohrung 84 mündet, die am oberen Ende an einer konischen Ringschulter 86 in einen erweiterten Bohrungsabschnitt 88 übergeht. An der Ringschulter 86 ist eine Ringkante 90 gebildet, welche als Ventilsitz für einen mit einer Drosselbohrung 92 ver­ sehenen Ventilkörper 94 dient. Im zentralen Bereich des Membrantellers 42 sind mehrere Durchbrüche 96 vorgesehen, die in die Sackbohrung 84, 88 des Stößels 66 einmünden und zusammen mit dieser sowie der Querbohrung 82 den Zweig­ kanal bilden, welcher vom Strömungsweg des Wassers zur Niederdruckkammer 40 führt.

Der im Gehäuseteil 14 untergebrachte Wassermengenregler hat eine Regelhülse 98, welche in eine Gewindebohrung im Ansatz 20 eingeschraubt und mit radialen Durchbrüchen 100, sowie einer Axialbohrung 102 versehen ist, welche den Einlaß 16 mit dem Raum 26 verbinden. Am unteren Stirnende ist die Regelhülse 98 durch einen Schraubstopfen 104 verschlossen, der außen mit einem Sechskant 106 für ein Werkzeug zum Verstellen der Regelhülse und dem geregelten Wassermengen­ durchsatz versehen ist. Im Inneren der Regelhülse 98 ist ein Schwimmer 108 angeordnet, der über einen Bolzen 110 mit dem Stößel 66 verbunden ist. Am Schwimmer 108 greift eine Regelfeder 112 an, die sich am Schraubstopfen 104 ab­ stützt. Der Schwimmer 108 hat einen Regelkonus 114, der mit einer konischen Gegenfläche 116 an der Regelhülse 98 zusammenarbeitet. Ferner ist der Schwimmer 108 mit Bohrungen 118 für den Durchfluß eines Teils der geregelten Wassermenge versehen.

Die beschriebene Wassermangelsicherung arbeitet wie folgt:

Bei geschlossenem Zapfventil ist der Wasserdruck in der Hochdruckkammer 38 und der Niederdruckkammer 40 über die Bohrungen 96 im Membranteller 42, sowie 88, 84, 82 im Stößel 66 und 70, 68 in der Buchse 64 ausgeglichen. Die Schließfeder 54 drückt das Schließglied 56 an seinen Ventilsitz 52 an. In dieser Stellung ragt der verdickte Endabschnitt 78 des Stößel 66 genau in den zylindrischen Bohrungsabschnitt 70 der Buchse 64 hinein. Die Regelfeder 112 hält die in der Achse der Wassermangelsicherung liegenden, nicht miteinander verbundenen Teile bzw. Teile­ gruppen spiellos aneinander an.

Beim Wasserzapfen strömt das Wasser durch den zwischen Stößel 66 und Buchse 64 gebildeten Ringspalt, wobei an den Aus­ mündungen der Querbohrung 82 in den Ringspalt ähnlich wie bei einem Venturi eine Injektorwirkung auftritt. Diese hat eine Druckdifferenz in den beiden Kammern 38 und 40 zu Folge, die sich über die Drosselbohrung 92 im Ventilkörper 94 aller­ dings nur langsam aufbauen kann. Durch die Druckdifferenz ent­ steht am Membranteller 42 eine Kraft, welche das Schließglied 56 des Gasventils 12 von seinem Sitz abhebt und die Gaszufuhr zum Brenner freigibt. Nach dem Schließen des Zapfventils baut sich die Druckdifferenz in den Kammern 38 und 40 über das Ventil 90, 94 im Stößel 66 unverzögert ab, so daß die Schließ­ feder 54 das Gasventil 12 rasch zu schließen vermag.

Die die Injektorwirkung hervorrufenden Teile des Stellglieds 10 und des Gasventils 12 sind so aufeinander abgestimmt, daß auch im unteren Zapfbereich das Wasser nicht bis zum Siede­ punkt erhitzt werden kann, wenn ein in der Reihe mit dem Gasventil 12 liegendes Temperaturregelventil wegen eines Defektes die Gaszufuhr von sich ungedrosselt freigibt. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ist die Anordnung so ge­ troffen, daß bei einer Zapfmenge von 3 Litern pro Minute das Schließglied 56 um ca. 2 mm angehoben wird und ohne regeln­ den Eingriff eines Temperaturreglers die Temperaturerhöhung des Wassers ca. 60 bis 75°C beträgt, bei welcher mit Sicher­ heit noch keine Dampfbildung auftritt.

Bei voll geöffnetem Zapfventil bestimmt die Einstellung der Regelhülse 98 die das Gerät pro Zeiteinheit maximal durch­ laufende Wassermenge. In den Betriebsbereichen, in welchen der Wassermengenregler seine Regelstellung nicht ereicht, also bei nur teilweise geöffnetem Zapfventil, wird durch die konische Ausbildung des oberen Bohrungsabschnitts 68 der Buchse 64 eine vom Wassermengendurchsatz abhängige Hub­ steuerung des Gasventils 12 sichergestellt. Dadurch kann das Regelverhalten eines zusätzlich angeordneten Temperatur­ reglers für die Außenlufttemperatur verbessert oder ein solcher Temperaturregler gegebenenfalls überhaupt einge­ spart werden.

Claims (7)

1. Wassermangelsicherung für Durchlauf-Wassererhitzer, mit einem hydraulischen Stellglied für Heizenergiezufuhr, das eine an den Strömungsweg des Wassers ungedrosselt anschließ­ bare Hochdruckkammer, sowie eine durch ein Kolbenglied von der Hochdruckkammer getrennte Niederdruckkammer hat, die über einen Zweigkanal an einen verengten Strömungsquerschnitt im Strömungsweg des Wassers angeschlossen ist, der durch einen Ringspalt zwischen der Wand einer mindestens annähernd gleichachsig zum Kolbenglied angeordneten Gehäusebohrung und einen in diese hineinragenden Stößel gebildet ist, welcher den Bewegungen des Kolbenglieds folgt und so geformt ist, daß er mit steigendem Wasserdurchsatz die an der Anschlußstelle der Zweigleitung auftretende Injektorwirkung verringert und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Nieder­ druckkammer (40) verbundene Zweigkanal durch Hohlräume (82, 84, 96) im Stößel (66) und in einem durch den Stößel (66) gegen die Hochdruckkammer (38) abgedichteten Bereich des Kolbengliedes (36, 42) führt.

2. Wassermangelsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stößel (66) eine zum Kolbenglied (36, 42) hin offene zentrale Sackbohrung (84) hat, von der mindestens eine Querbohrung (82) in den Ringspalt (80) zwischen Stößel (66) und Gehäusebohrung (68, 70) führt.

3. Wassermangelsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine im Zuge des Zweigkanals liegende Bohrung (84, 88) im Stößel (66) ein Langsamzündventil (90, 92, 94) enthält.

4. Wassermangelsicherung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sackbohrung (84) im Stößel (66) einen gegen das Kolbenglied (36, 42) gerichteten, erweiterten Bohrungsabschnitt (88) hat, der das Ventilschließglied (94) auf­ nimmt, welches mit der inneren Ringkante (90) der am Beginn des erweiterten Bohrungsabschnitts (88) gebildeten Ring­ schulter (86) ein Ventil bildet, und daß im Ventilschließ­ glied (94) eine den Ventilsitz umgehende Drosselbohrung (92) vorgesehen ist.

5. Wassermangelsicherung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (66) mit dem Schwimmer (108) eines der Hochdruckammer (38) vorge­ schalteten Wassermengenreglers (98, 108) verbunden ist, dessen Regelsitz (116) axial verstellbar im Stellgliedge­ häuse (14) angeordnet ist.

6. Wassererhitzer mit einer Wassermangelsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die aus dem hydraulischen Stellglied (10) und dem von diesen beeinflußten Ventil (12) bestehende Wasser­ mangelsicherung einen aus einem Temperaturfühler im Wasser­ auslauf und einem Schalter in einem Ventilsteuerkreis ge­ bildeten Temperaturbegrenzer ersetzt.

7. Wassererhitzer mit einer Wassermangelsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wassermangelsicherung einen Temperatur­ regler ersetzt.