Wärmemengenzähler, insbesondere für Zentrallieizungsanlagen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmemengenzähler, der insbesondere bei Zentralheizungsanlagen zu verwenden ist, bei denen beispielsweise die an eine Verbraucheranlage, d. h. ein Heizungskörpersystem gelieferte und in Rechnung zu stellende Wärmemenge gemessen werden soll. Die Verbraucheranlage kann z. B. eine Heizanlage eines Stockwerkes in einem mehrgeschossigen Mietshaus, eines ganzen Hauses oder eines Teiles eines Wohublockes sein.
Dieser Wärmemengenzähler ist aber nicht nur in diesen beispielsweisen Fällen, sondern auch in vielen anderen Fällen der Wärmemengenmessung für Wohn- und industrielle Zwecke verwendbar, z. B. auch, um den Wärmeverbrauch an einem einzelnen Heizkörper zu messen.
In allen diesen Fällen kann dieser Wärmemengenzähler am Vorlauf und/oder Rücklauf desjenigen Wärmeträgerstromes eingebaut werden, dessen Wärmeabgabe an die Verbraucheranlage gemessen werden soll.
Der Wärmeträger kann vorzugsweise Warm- oder Heisswasser sein, aber auch aus einem anderen flüssigen Medium oder aus Dampf bestehen.
Unter der Vielzahl der bekannten Wärmemengenzähler gibt es solche mit einfacher Bauweise, die die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers, d. h. die pro Zeiteinheit strömende Menge des Wärmeträgers un berücksichtigt messen en und lediglich die Differenz der mittleren Temperatur des Wärmeträgers im untersuchten Heizkörper oder Heizkörpersystem von der Umge bungstemperatur messen; diese Differenz wird d dann mit der Oberfläche dieses Heizkörpers oder Heizkörpersystems und einem (in Tabellen festgelegten) Wärme übergangsfaktor des oder der Heizkörper multipliziert.
Diese einfachen Wärmezähler, die bestenfalls als Ersatzverfahren in Frage kommen, arbeiten in vielen Fällen zu ungenau, in denen es auf eine exakte physikalische Messung der Wärmeleistung ankommt, welche aber voraussetzt, dass das Produkt aus Durchfluss und Temperaturdifferenz ermittelt und über den in Betracht kommenden Zeitraum integriert wird.
Das gleiche gilt für eine zweite Gruppe bekannter, einfach aufgebauter Wärmemengenzähler, bei denen der Einfluss der Veränderlichkeit der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers zwar teilweise oder voll berücksichtigt wird, die Messung aber nur von der Temperatur des Wärmeträgers am Vorlauf oder nur von der Temperatur des Wärmeträgers am Rücklauf oder nur wie im vorgenannten Fall von der Temperatur an einer mittleren Stelle zwischen Vorlauf und Rücklauf abhängig gemacht wird und deshalb fehlerbehaftet ist.
Zur Behebung der Messfehler sowohl der ersten Gruppe als auch der zweiten Gruppe von Wärmemengenzählern sind mit Integrierwerken gekoppelte Zähler auf dem Markt, bei denen sowohl die veränderliche Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers als auch seine veränderlichen Temperaturen am Vorlauf und am Rücklauf richtig in das Messergebuis eingehen. Diese Wärmemengenzähler haben aber einen komplizierten und umfangreichen Aufbau und erfordern daher einen kostspieligen Aufwand und grossen Raumbedarf, so dass sie praktisch nur für Grossanlagen, z. B. in der Industrie, in Betracht kommen, aber für die eingangs genannten Zwecke, insbesondere im Haus- und Wohnungsbau, nicht geeignet sind.
Die Erfindung strebt nun an, die Vorteile der letztgenannten Wärmemengenzähler mit einer für die letztgenannten Zweclie geeigneten, wesentlich vereinfachten Bauweise zu erreichen, ohne dass die Fehler eines weiteren bekannten Wärmemengenzählers in Kauf genommen werden, dessen vereinfachte Bauweise nur in den mechanischen Grundzügen übernommen wird.
Die Erfindung geht zu diesem Zweck von einem bekannten Wärmemengenzähler aus, bei dem ein Zählwerk mit der Abtriebswelle einer Kupplungsvorrichtung gekuppelt ist, auf die Drehbewegungen wenigstens eines im Strom des Wärmeträgers liegenden und abhängig von dessen in der Zeiteinheit strömender Menge in Drehung versetzten Antriebsteiles durch zwei Messeinheiten übertragen werden, wobei die Antriebsübertragung in der einen Messeinheit von der Temperatur des Vorlaufes des Wärme trägers, und in der anderen Messeinheit von der Temperatur des Rücklaufes des Wärmeträgers abhängig gemacht ist.
Bei der bekannten praktischen Ausführung dieses Wärmemengenzählers bestehen die Messeinheiten jeweils aus einem Flügelrad mit Bimetallflügeln, das im Wärmeträgerstrom umläuft und dessen Abtriebsglied je eine zum Ausgleichsgetriebe führende Welle ist; dabei ist das eine Flügelrad im Vorlauf und das andere Flügelrad im Rücklauf des Wärmeträgerstromes angeordnet. Ferner ist dabei das Ausgleichsgetriebe ein einfaches Differentialgetriebe, das die Differenz der Drehzahlen der beiden Flügelräder herstellt und an das Zählwerk weiterleitet.
Unter dem Einfluss der unterschiedlichen Temperaturen des Wärmeträgers im Vorlauf und im Rücklauf sollen sich die Bimetallflügel beider Flügelräder nach Massgabe dieser beiden Temperaturen derart verformen, dass die Drehzahlen der Flügelräder voneinander verschieden werden und die Differenz dieser Drehzahlen sowohl der Differenz dieser Temperaturen als auch der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers proportional ist.
Diese einfachen Wärmemengenzähler haben sich in der Praxis nicht bewährt, weil die Bimetallflügel, um auf unterschiedliche Temperaturen durch Verformung genügend ansprechen zu können, sehr dünn und daher mechanisch weich ausgeführt sein müssen. Dann aber entstehen beim Antrieb der Flügelräder Pendel-, Flatterund Turbulenzeffekte unbestimmter Grösse, die sich nicht ausschalten lassen und für jedes Baumodell andere und undefinierte Fehler für das Messergebnis mit sich bringen. Ausserdem sind solche Bimetallflügel starker Korrosion durch den Wärmeträger ausgesetzt.
Zur Vermeidung dieser Nachteile und auch der Nachteile der anderen eingangs genannten Geräte ist bei einem Wärmemengenzähler der bekannten Bauart, von der die Erfindung ausgeht, gemäss der Erfindung vorgesehen, a) dass jede der beiden Messeinheiten nach Art eines
Rotationsviskosimeters ausgebildet ist, wobei jede
Messeinheit als Abtriebsglied einen Rotorkörper enthält, der angrenzend an mindestens je eine zähe
Flüssigkeit drehbar gelagert ist, wobei benachbart zu mindestens einer der Oberflächen dieses Rotor körpers und angrenzend an eine solche Flüssigkeit mindestens je ein relativ zum genannten Rotorkörper drehbar gelagerter und angetriebener Gegenkörper das Antriebsglied der Messeinheit bildet, auf das die
Drehbewegung des Antriebsteils wirkt;
b) dass ferner die Drehmomente, die durch den Rota tionsantrieb der Gegenkörper durch die zähe Flüs sigkeit hindurch auf die Rotorkörper ausgeübt wer den, von den Rotorkörpern aus mit entgegengesetz tem Dreh sinn auf die mit dem Zählwerk gekuppelte
Abtriebswelle durch die miteinander gekuppelten drehbaren Teile der Kupplungsvorrichtung übertra gen werden; c) dass weiterhin die Abmessungen der die Dreh momente und Bremsmomente der Rotorkörper be dingenden Teile der einen und der anderen Messein heit und die diese Momentenübertragung in den
Messeinheiten bedingenden Viskositäten der darin befindlichen Flüssigkeiten und deren Temperatur abhängigkeit derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei gleicher Temperatur dieser Flüssigkeiten die
Rotorkörper stillstehen;
d) und dass ferner durch für Vorlauf und Rücklauf des
Wärmeträgerstroms voneinander getrennte Tempe raturübertragungsmittel vorgesehen sind, um die
Flüssigkeit in der einen Messeinheit mindestens an nähernd auf die Temperatur des Vorlaufs, jedoch in der anderen Messeinheit mindestens annähernd auf die Temperatur des Rücklaufs des Wärmeträgers zu bringen.
Das Messprinzip dieses Wärmemengenzählers besteht somit darin, dass die Temperaturen im Vor- und Rücklauf des Wärmeträgers nicht auf die Flügelstellung eines oder mehrerer vom Wärmeträgerstrom angetriebener mügelräder, sondern auf Flüssigkeiten einwirken, deren Zähigkeit temperaturabhängig ist, und die in zwei vom Wärmeträgerstrom erwärmten, als Rotationsviskosi- meter arbeitenden Messeinheiten enthalten sind, die eine temperaturabhängige Antriebsverbindung zwischen vom Wärmeträgerstrom angetriebenen drehbaren Antriebsteilen, z. B. Flügelrädern, über je einen Gegenkörper und einen Rotorkörper jeder Messeinheit mit drehbaren Abtrieb steilen des Gerätes herstellen, die das Zählwerk über eine Kupplungsvorrichtung antreiben, die die übertragenen Drehmomente der Messeinheiten miteinander ausgleicht.
Es werden deshalb keine empfindlichen Bimetallteile für die Antrieb steile, die sich im Wärmeträgerstrom befinden und den Rotationsantrieb der beiden Messeinheiten bewirken, benötigt. Diese Antriebsteile können aus einem im Vor- und Rücklauf im Wärmeträgerstrom angeordneten, beide Messeinheiten gleichzeitig antreibenden Messrad oder aus zwei, je im Vorbzw. Rücklauf angeordneten und je eine der Messeinheiten antreibenden Messrädern bestehen, wobei die Messradflügel nicht aus Bimetall, sondern in der bei Wassermessern üblichen Art hergestellt sind.
Jedes von zwei Messrädern kann zugleich den Gegenkörper und je einer von ihm angetriebenen Messeinheit bilden oder mindestens den Gegenkörper einer der beiden Messeinheiten bilden, der dann mit dem anderen Gegenkörper gekoppelt ist. Weiterhin können entweder die von dem Messrad bzw. von den Messrädern angetriebenen Körper oder die Rotorkörper als Behälter für die zähe Flüssigkeit ausgebildet sein, wobei im ersteren Falle in jedem Behälter ein Rotorkörper drehbar gelagert und jeder Behälter zusätzlich zur Steigerung der Wirkung der zähen Flüssigkeit in einem weiteren, ortsfesten oder mit dem Rotorkörper rotierenden, ebenfalls zähe Flüssigkeit enthaltenden Behälter angeordnet sein kann, der ebenfalls der Vorlauf- oder Rücklauftemperatur ausgesetzt ist.
Obwohl Rotorkörper und Gegenkörper kinematisch vertauschbar sind, ist vorzugsweise der Behälter der Abtriebsteil und der in diesem angeordnete Körper der Antriebsteil der Messeinheit. Rotorkörper und Behälter sind vorzugsweise zylindrisch und koaxial angeordnet, sie können profilierte Flächen haben und begrenzen einen bzw. zwei enge Ringspalte, die mit zäher Flüssigkeit gefüllt sind.
Drei Ausführungen eines Wärmemengenzählers gemäss der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch das Messgerät in einer Ausführungsform, die die Grundgedanken der Erfindung teilweise schematisch verkörpert ;
Fig. 2 eine verbesserte praktische Ausführungsform im senkrechten Schnitt durch das Messgerät, und
Fig. 3 teilweise schematisch einen senkrechten Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Messräder verwendet werden.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 wird zum Antrieb des Messgerätes nur ein Messrad 2 mit Antriebsflügeln 3 verwendet, das im unteren Teil des als Messradgehäuse 1 ausgebildeten Gerätegehäuses untergebracht ist. Dieses Messradgehäuse ist in den Vorlauf oder in den Rücklauf des Wärmeträgers, z. B. eines Heisswasserstromes einer Zentralheizungsanlage, eingebaut. (Hier und nachstehend bezeichnet das Wort Vorlauf den heissen Wärmeträger, der dem Verbraucher zuströmt, dessen Wärmeabgabe gemessen werden soll, und bezeichnet Rücklauf den abgekühlten Strom des Wärmeträgers hinter dem Verbraucher, der z.
B. ein einzelner Heizkörper oder eine Heizanlage für ein Stockwerk oder ein Haus oder dgl. sein kann.) Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Nabe 4 des Messrades 2 mittels einer Welle 5 im Boden des Messradgehäuses drehbar gelagert; sie trägt an ihrem anderen Ende einen Dauermagneten 6, der in einem erweiterten Teil 7 des Deckels des Messradgehäuses untergebracht ist. Der Teil 7 wird von einer glockenförmigen Haube 8 aus magnetisierbarem Werkstoff, z. B. Weicheisen, übergriffen und sitzt fest auf dem gegenüberliegenden Ende einer Antriebswelle 9. Die Teile 6 und 8 bilden eine magnetische Kupplung zwischen Messrad 2 und Welle 9.
Zu diesem Zweck muss natürlich mindestens der erweiterte Teil 7 des Messradgehäusedeckels - oder der ganze Deckel aus entsprechendem, für den magnetischen Kraftfluss des Dauermagneten 6 gut Idurchlässigem Werkstoff bestehen. - In der praktischen Ausführung wird meist zwischen Messrad 2 und Magnet 6 ein übliches, nicht gezeichnetes Untersetzungsgetriebe vorgesehen sein. - Die Verwendung einer magnetischen Kupplung zwischen Messrad 2 und Antriebswelle 9 kann weggelassen werden, da sie kein notwendiges Merkmal der Erfindung ist.
Sie begünstigt nur einen stossfreien Lauf der angetriebenen Teile des Messgerätes, unabhängig von etwaig kurzzeitigen Stössen des Wärmeträgerstromes und vermeidet Wellendurchführungen mit Stopfbuchsen oder dergleichen. Grundsätzlich kann daher auch eine formschlüssige Kupplung zwischen der Nabe 4 und der Welle 9 verwendet werden, die die Welle 9 durch ein übliches Untersetzungsgetriebe oder auch ohne ein solches antreibt.
Die nachstehend kurz Viskosimeter genannten, nämlich als Viskosimeter arbeitenden Messeinheiten sind in den äusseren Flüssigkeitsbehältern 21 und 22 untergebracht. Die Viskosimeter Ms Ganzer sind daher mit 21' bzw. 22' bezeichnet.
Auf der Welle 9 sitzt fest ein Zahnrad 10, das zwei Zahnräder 11 und 12 im gleichen Drehsinn antreibt.
Das benachbarte Ende der Welle 9 ist in einem (abgebrochen) dargestellten Teil 13 des Geräterahmens drehbar gelagert. Das Zahnrad 11 sitzt fest auf einem ge schlossenen Innenbehälter 15 des Viskosimeters 21', während das Zahnrad 12 fest mit einem Innenbehälter
16 des Viskosimeters 22' verbunden ist. Am Boden des Behälters 15 bzw. 16 ist eine Welle 19 bzw. 20 drehbar gelagert, die durch eine Mittelbohrung des Zahnrades 11 bzw. 12 frei drehbar hindurchgeht. Auf der Welle 19 sitzt fest ein Rotorkörper 17 und auf der Welle 20 fest ein Rotorkörper 18. Die Rotorkörper 17 und 18 haben zur Welle 19 bzw. 20 und zur Innenseite der Behälter
15 bzw. 16 konzentrische, zylindrische Oberflächen.
Der Aussenbehälter 21 ruht ortsfest auf einem Teil 23 des Geräterahmens, der am Messradgehäuse 1 abgestützt ist und aus einem Material bzw. Metall besteht, das eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen diesem Messradgehäuse und dem Aussenbehälter herstellt, damit diese und die in seinem Innern befindliche viskose Flüssigkeit 37 möglichst weitgehend die gleiche Temperatur annimmt, die der Wärmeträger innerhalb des Metallgehäuses 1 besitzt. Der Aussenbehälter 22 sitzt gleichfalls ortsfest auf einem (abgebrochen dargestellten) Geräterahmenteil 24, der aber in nicht gezeichneter Weise gegen das Messradgehäuse 1 und gegen den Geräterahmenteil 23 wärmeisoliert ist, damit die Temperatur des Aussenbehälters 22 von derjenigen des Aussenbehälters 21 unabhängig beeinflusst werden kann.
Die Innenbe hälter 15 bzw. 16 sind mittels je eines Lagerzapfens 25 bzw. 26 am Boden des Aussenbehälters 21 bzw. 22 drehbar gelagert.
Um die Aussenseite des Behälters 22 herum ist in deren unmittelbarer Nähe oder an diese anliegend am Geräterahmenteil 24 eine Rohrschlange 28 angebracht, die von einem Heizmittelstrom gespeist wird, der als Teilstrom vom Wärmeträgerstrom (in nicht dargestellter Weise) abgezweigt ist. Beispielsweise befindet sich das Messradgehäuse 1 im heissen Vorlauf des Wärmeträgerstromes und überträgt daher dessen Temperatur über den Teil 23 auf den Aussenbehälter 21 und die Flüssigkeit 37. In diesem Fall wird der genannte Teilstrom des Wärmeträgers vom Rücklauf des Wärmeträgerstromes abgezweigt, es kann gewünschtenfalls auch der ganze Wärmeträgerstrom am Rücklauf durch die Rohrschlange 28 geleitet werden. Der Aussenbehälter 22 und die darin befindliche viskose Flüssigkeit 38 werden dann angenähert, nahezu auf die geringere Temperatur des rücklaufenden Wärmeträgerstromes gebracht.
Jedoch kann auch umgekehrt das Messradgehäuse 1 im Rücklauf des Wärmeträgers eingebaut sein und dessen geringere Temperatur auf den Aussenbehälter 21 übertragen werden; in diesem Fall wird in die Rohrschlange 28 der Vorlaufstrom des Wärmeträgers oder ein Teil dieses Stromes geleitet und überträgt dessen höhere Temperatur angenähert auf den Aussenbehälter 22 und die Flüssigkeit 38.
Nachstehend wird für alle Ausführungsformen letzterer Fall angenommen.
Auf der Welle 19 sitzt fest ein Zahnrad 29, das mit einem Zahnrad 30 kämmt, das ausserhalb des Viskosimeters 22' fest auf der Welle 20 sitzt, deren benachbartes Ende in einem (abgebrochen dargestellten) Teil 14 des Geräterahmens drehbar gelagert ist. An der von den Viskosimetern abgelegenen Seite des Zahnrades 29 ist eine Abtriebswelle 31 in Verlängerung der Welle 19 vorgesehen, fest mit dieser und dem Zahnrad 29 verbunden und an ihrem anderen Ende in einem (abgebrochen dargestellten) Teil 32 des Geräterahmens drehbar gelagert.
Fest auf der Abtriebswelle 31 sitzt eine Schnecke 33, die mit einem Schneckenrad 34 kämmt, das in (nicht gezeichneter) üblicher Weise mit dem als Ganzes nur schematisch bei 54 dargestellten Zählwerk verbunden ist und dieses antreibt. Das Zählwerk kann in irgendeiner üblichen Bauweise als Ziffernzählwerk für mehrere Stellen ausgebildet sein und ist vorzugsweise auf die zu zählenden Einheiten der gemessenen Wärmemenge oder auf sonstige Einheiten geeicht, z. B. Einheiten des Preises der Wärmemenge.
Im Innern des Innenbehälters 15 befindet sich eine zähe Flüssigkeit 35. Im Innern des Innenbehälters 16 befindet sich gleichfalls eine zähe Flüssigkeit 36, und zwar vorzugsweise die gleiche Flüssigkeit wie 35. Die Zähigkeiten der Flüssigkeiten 35 und 36 sollen von der Temperatur dieser Flüssigkeiten abhängen und vorzugsweise der weiter unten genannten oder einer äquivalenten Temperaturfunktion folgen. Zu diesem Zweck haben sich die genannten Silikonöle als besonders geeignet erwiesen.
Die Flüssigkeiten 37 und 38 sollen gut wärmeleitende Flüssigkeiten sein, zweckmässig die gleichen wie die Flüssigkeiten 35 und 36. Sie übertragen dann die in Betrieb meist unterschiedlichen Temperaturen der Aussenbehälter 21 bzw. 22 angenähert auf die Innenbehälter 15 bzw. 16 und deren Flüssigkeitsinhalt 35 bzw. 36.
Die Flüssigkeiten 35 bzw. 36 nehmen also angenähert die Temperatur des Wärmeträgerstromes im Rücklauf bzw. die höhere Temperatur im Vorlauf an.
Jeder der angetriebenen Innenbehälter 15 bzw. 16 sucht den in ihm drehbar gelagerten Rotorkörper 17 bzw. 18 in seiner Drehrichtung durch die Kräfte mitzunehmen, die vom Innenbehälter über die zähe Flüssigkeit auf die Oberfläche des zugehörigen Rotorkörpers übertragen werden. Diese Mitnahmekräfte erzeugen daher am jeweiligen Rotorkörper Drehmomente, die nach bekannten Beziehungen sowohl von der Zähigkeit der Flüssigkeit 35 bzw. 36 und somit von deren Temperaturen als auch von der relativen Drehzahl der Innenbehälter 15 bzw. 16 abhängen. Diese relative Drehzahl des Innenbehälters in bezug auf den zugehörigen Rotorkörper hängt also einerseits von der Drehzahl des Messrades ab, die der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers proportional ist, anderseits von der Drehzahl des Rotorkörpers, auf den der Innenbehälter durch die zähe Flüssigkeit hindurch einwirkt.
Das Drehmoment, das dabei auf einen der Rotorkörper übertragen wird, ist proportional der Geschwindigkeit der Innenfläche des Innenbehälters relativ zur gegenüberliegenden Fläche des Rotorkörpers und proportional der Zähigkeit der Flüssigkeit zwischen Innenbehälter und Rotorkörper. Der Rotorkörper 17 des kälteren Viskosimeters 21' versucht über seine Welle 19 das Zahnrad 29 im gleichen Drehsinn (weil die Zahnräder 11 und 12 gleichsinnig angetrieben werden) anzutreiben, wie der Rotorkörper 18 des wärmeren Viskosimeters 22' über seine Welle das Zahnrad 30 anzutreiben sucht, wobei die antreibenden Drehmomente gleichen Drehsinn haben.
Nun kämmen aber die Zahnräder 29 und 30 miteinander, können sich also nur gegenläufig drehen. Sie wirken daher als ein Ausgleichsgetriebe für die beiden auf die beiden Rotorkörper übertragenen Drehmomente derart, dass die Rotorkörper 17 und 18 sich ebenso gegenläufig wie die Zahnräder 29 und 30 auf eine Drehzahl einstellen, bei der diese Drehmomente praktisch gleiche Grösse haben und sich aufheben. Die absoluten Drehzahlen der gegenläufigen Zahnräder 29, 30 und der Abtriebswelle 31 sind einander gleich und abhängig von den Temperaturen der zähen Flüssigkeiten 35 und 36.
Denn die relative Drehzahl des Rotorkörpers 17 in bezug auf den Innenbehälter 15 des kälteren Viskosimeters ist, weil in diesem Viskosimeter die Zähigkeit der Flüssigkeit 35 grösser ist, kleiner als die relative Drehzahl des Rotorkörpers 18 in bezug auf den Innenbehälter 16, weil die Zähigkeit der zähen Flüssigkeit 36 im Viskosimeter 22'geringer ist als diejenige der kälteren Flüssigkeit 35 und weil sich der Rotorkörper 18 in umgekehrtem Drehsinn als der Innenbehälter 16 drehen muss.
Der Rotorkörper 18 wirkt also als Bremse für den Rotorkörper 17, die ein bremsendes Drehmoment auf diesen gegensinnig ausübt, das praktisch die gleiche Grösse hat wie das auf den Rotorkörper 17 vom Innenbehälter 15 aus übertragene Drehmoment. Dabei bestimmt das Viskosimeter 21', das die kältere Flüssigkeit enthält, den Drehsinn des Zahnrades 30 und der Abtriebswelle 31.
Man muss also den Drehsinn des Messrades 2 und den nach Fig. 1 dazu gegenläufigen Drehsinn beider Innenbehälter 15 und 16 so wählen, dass die von dem kälteren Viskosimeter bestimmte Drehrichtung der Abtriebswelle 31 diejenige Drehrichtung ist, bei der das Zählwerk 54 zunehmende Wärmemengen anzeigt.
Es ist ersichtlich, dass auf diese Weise die gewählte Wärmemenge um so grösser ist, je grösser die Temperaturdifferenz der Flüssigkeiten im heisseren Viskosimeter, bezogen auf das kältere Viskosimeter, ist. Das Zählergebnis steigt daher mit der Drehzahl des Messrades 2, d. h. mit der in der Zeiteinheit strömenden Menge des Wärmeträgers und mit der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Viskosimetern. Da die Zähigkeiten der Flüssigkeiten beider Viskosimeter wieder von dem Temperaturunterschied zwischen Vorlauf und Rücklauf des Wärmeträgers abhängen, wird das Zählergebnis von dieser Temperaturdifferenz bestimmt, und so kann seine Abhängigkeit von dieser Temperaturdifferenz (und den absoluten Temperaturen in beiden Viskosimetern) nach Wunsch gewählt werden, indem man zähe Flüssigkeiten entsprechender Temperaturabhängigkeit in den Viskosimetern benutzt. Z.
B. kann man auf diese Weise das Zählergebnis dieser Temperaturdifferenz proportional machen. Diese Bedingungen werden bei geeigneter Wahl der Flüssigkeiten erfüllt, wenn man, wie in den Ausführungsformen in den Fig. 1 bis 3, die Abmessungen der Teile der beiden Viskosimeter, die die Flüssigkeitsspalte zwischen den angetriebenen und den abtreibenden Teilen und gegenüber Iden ortsfesten Teilen bestimmen, und die in den Viskosimetern befindlichen Flüssigkeiten einander gleich wählt und die beiden Viskosimeter mit gleicher Drehzahl vom Messrad 2 aus angetrieben werden.
Im Bedarfsfall kann man statt dessen auch voneinander unterschiedliche Abmessungen der massgebenden Viskosimeterteile und/oder Antriebsdrehzahlen und/oder Flüssigkeiten für die Viskosimeter wählen, wenn man diese Abmessungen und/oder Drehzahlen und/oder die Wahl der Flüssigkeiten beim einen Viskosimeter auf das andere so ab stimmt, dass bei Temperaturdifferenz Null Drehmomentgleichheit besteht. Sind nämlich die Temperaturen des Vorlaufes und des Rücklaufes des Wärmeträgers einander gleich, so wird keine Wärme verbraucht.
Die Temperaturen der Flüssigkeiten 35, 37 einerseits und 36, 38 anderseits sind dann auch einander sämtlich gleich, und ebenso sind dann, wenn diese Nullbedingung erfüllt ist, die Drehmomente der Rotorkörper 17 und 18, ohne dass diese sich drehen, einander gleich, so dass die Zahnräder 29, 30 und die Abtriebswelle 31 in Ruhe bleiben.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die gleichen Grundsätze des Aufbaues und der Wirkungsweise verkörpert wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, jedoch zeigt Fig. 2 eine für den praktischen Gebrauch noch verbesserte Ausführungsform. Die Bauteile des Messgerätes nach Fig. 2, die denjenigen nach Fig. 1 jeweils entsprechen, sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 1 und haben lediglich als Zusatz den Buchstaben a in den Fällen erhalten, in denen die Bauteile in Fig. 2 eine andere äusserliche Ausgestaltung erhalten haben. Insoweit gelten die vorstehend für Fig. 1 gemachten Ausführungen auch für Fig. 2. Die einzig we sentlichen Unterschiede der Ausführung nach Fig. 2 gegenüber Fig. 1 bestehen im folgenden:
Beim Gehäuse la des Messrades 2 sind die Anschlussteile für den Zulauf und den Ablauf des Wärmeträgerstromes mit dargestellt.
Die Nabe 4a trägt den Dauermagneten 6a innerhalb einer Aussparung des Dekkels 23a des Messradgehäuses la. Die Nabe ist fest mit einem Wellenzapfen verbunden, der in einer mit dem Deckel fest verschraubten und gedichteten Buchse 4' gelagert ist. Dieser Teil 4' trägt drehbar gelagert das benachbarte Ende der Welle 9a, die fest in einer kappenförmigen Nabe 8' des Dauermagneten 8a sitzt. Wie die Welle 9 der Fig. 1 kann auch die Welle 9a vom Messrad 2 aus über ein Untersetzungsgetriebe und/oder formschlüssig ohne Zwischenschaltung der Magnete 6a und 8a angetrieben werden. Die über das Zahnrad 10a im gleichen Drehsinn angetriebenen Zahnräder 11 a und 12a sitzen fest auf einer Hohlwelle 41 bzw. 42. Diese Hohlwellen sind drehbar im oberen Teil der Aussenbehälter 21a bzw. 22a gelagert.
Diese Aussenbehälter sind ortsfest zwischen dem Rahmenteil 13a und dem Deckel 23a des Messradgehäuses 1a angebracht. Die Unterseite 47 des Bodens des Aussenbehälters 21 a ruht in gut wärmeleitender Verbindung auf dem Deckel 23a des Messradgehäuses la. Der Boden 46 des Aussenbehälters 22a ist bei 48 durch Luftspalte oder (nicht gezeichnetes) Isoliermaterial gegen den Deckel 23a thermisch isoliert.
Auf der Hohlwelle 41 sitzt fest und mit ihr drehbar ein Innenkörper 15a mit zylindrischer Oberfläche; auf der Hohlwelle 42 sitzt fest und mit ihr drehbar ein Innenkörper 16a mit zylindrischer Oberfläche.
Die vom Messrad angetriebenen Innenkörper 15a und 16a sind also nun nicht wie bei Fig. 1 Flüssigkeitsbehälter, sondern jetzt in Fig. 2 sind die die Innenkörper 15a bzw. 16a umgebenden Körper 17a und 18a die inneren Flüssigkeitsbehälter und bilden die die Antriebsdrehmomente aufnehmenden und weiterleitenden Rotorkörper. Zu diesem Zweck bildet die zylindrische Oberfläche der Innenkörper 15a und 16a je einen mit Flüssigkeit 35a bzw. 36a gefüllten, relativ engen Spalt mit der zylindrischen Innenfläche der Rotorkörper 17a und 18a.
Diese Rotorkörper sitzen mit ihrem Boden fest auf einer Welle 19a bzw. 20a, die durch die Hohlwelle 41 bzw. 42 hindurch führt und an deren oberem Ende sowie im Boden des zugehörigen Aussenbehälters 21a bzw. 22a bei 43 und 44 drehbar gelagert ist.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 bildet also bezüglich der Rotorkörper eine kinematische Umkehrung im Vergleich zu Fig. 1. Die Mitnahmewirkung zwischen vom Messrad angetriebenem Körper und Rotorkörper ist im Prinzip die gleiche wie nach Fig. 1.
Ein Unterschied gegenüber Fig. 1 besteht darin, dass auch zwischen der zylindrischen Innenwandung jedes der ortsfesten Aussenbehälter 21a bzw. 22a und der zylindrischen Aussenfläche des zugehörigen Rotorkörpers 17a bzw. 18a ein Flüssigkeitsspalt gebildet wird, der mit der zähen Flüssigkeit 37a bzw. 38a gefüllt ist. Hierdurch entsteht eine Bremswirkung auf die Rotorkörper, so dass die Drehzahlen der Abtriebswelle 31a bei im übrigen gleichen Verhältnissen geringer werden als bei der Ausführung nach Fig. 1.
Trotzdem wird man bei der praktischen Ausführung vorzugsweise auch nach Fig. 2 zwischen der Welle 31a und dem Zählwerk 54 ein Untersetzungsgetriebe verwenden; ein solches, in Fig. 2 nicht gezeichnetes Untersetzungsgetriebe kann nun aber vorteilhaft mit geringeren Untersetzungsverhältnissen als das Schneckengetriebe 33, 34 der Fig. 1 arbeiten.
Die Verkoppelung der auf die Rotorkörper übertragenen Drehmomente und Bremsmomente erfolgt durch die Zahnräder 29a und 30a praktisch wie nach Fig. 1.
Das Gehäuse 32a des Zählwerkes 54 wird durch die hochragenden Teile 14a des Geräterahmens getragen, die auf dem Geräterahmenteil 13a abgestützt sind. Zählwerk 54 und Viskosimeter 21' und 22' sind in einen (bei Fig. 2 in der Zeichnung weggelassenen) Gehäuseteil 45 eingeschlossen, der auf dem Oberteil des Messradgehäuses la ruht und in seinem oberen Stirnende eine durchsichtige Scheibe 49 für die Ablesung des Zählwerkes trägt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das gleiche Messprinzip wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verkörpert, es sind jedoch zwei Räder 2b und 2c vorge- sehen, von denen das erstere im Vorlauf 50 und das letztere im Rücklauf 51 des Wärmeträgerstromes angebracht ist. Die Messräder 2b und 2c arbeiten bei dieser Ausführungsform selbst als Viskosimeter . Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung in der Bauweise.
Die der Fig. 1 in der Funktion entsprechende barer Anker im Bereich der direkten Kraftlinien der Dauermagnete 17b und 17c angeordnet, wobei die Welle 52 frei drehbar einerseits im Messradgehäuse 1b und anderseits im Geräterahmenteil 32b gelagert ist. In diesem Fall müssen dann selbstverständlich auch die Werkstoffe der Gehäuse 15b und 15c und die Messradgehäuse Ib und 1c für den magnetischen graftfluss gut durchlässig sein.
Die dauermagnetischen Körper 17b, 17c und 53, die zweipolig, vierpolig oder höherpolig und als Zylinder ausgebildet sein können, sind praktisch nahezu starr miteinander gekoppelt, da sich zwangsläufig der Nordpol des einen Dauermagneten auf den Südpol des anderen Dauermagneten einstellt. Das Drehmoment, das durch die gewöhnlich kühlere Flüssigkeit 36c im Rücklauf auf den Rotorkörper 17c übertragen wird, wirkt dem Drehmoment entgegen, das von der gewöhnlich heisseren Flüssigkeit 35b im Vorlauf auf den Rotorkörper 17b im umgekehrten Drehsinn übertragen wird.
Da die Temperatur der Flüssigkeit 36c im Rücklauf niedriger ist als die Temperatur der Flüssigkeit 35b im Vorlauf, wird der Rotorkörper 17b durch den Rotorkörper 17c (weil beide magnetisch miteinander gekoppelt sind) in der Drehrichtung des Körpers 17c mitgenommen, und zwar mit einer solchen Drehzahl, dass die auf die beiden Rotorkörper übertragenen Drehmomente einander praktisch gleich sind und sich damit aufheben. Gehäuse 15c und Rotorkörper 17c laufen also gleichsinnig, Gehäuse 15b und Rotorkörper 17b gegensinnig. Die resultierende Drehung der Rotorkörper wird synchron magnetisch auf den Dauermagneten 53 und durch diesen auf die Abtriebswelle 52 übertragen. Sie ist der Drehzahl der Gehäuse 15b und 15c proportional und abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen den Flüssigkeiten 35b und 36c, und zwar vorzugsweise dieser Temperaturdifferenz proportional.
Die Temperatur des vorlaufenden Wärmeträgers wird im Messradgehäuse 1b durch die Wirkung des Gehäuses 15b unmittelbar auf die Flüssigkeit 35b übertragen, ebenso die für gewöhnlich geringere Temperatur des Wärmeträgers im Messradgehäuse 1c auf die Flüssigkeit 36c. Sind diese Temperaturen-wenn nämlich keine Wärme verbraucht wird - einander gleich, so bleiben die Rotorkörper 17b und 17c stehen, weil das von der Flüssigkeit 35b auf den Rotorkörper 17b übertragene Drehmoment dann ebenso gross, aber umgekehrt gerichtet ist wie das von der Flüssigkeit 36c auf den Rotorkörper 17c übertragene Drehmoment.
Die E ; Rotorkörper 17b und 17c bilden also bei der Ausführungsform Fig. 3 selbst eine Kupplungsvorrichtung für den Ausgleich der auf sie übertragenen Drehmomente.
Bei dieser Ausführungsform sind für die Kopplung der Rotorkörper 17b und : 17c miteinander und mit der Abtriebswelle 52 nur aus praktischen Gründen, nämlich zur Vermeidung von abgedichteten Wellendurchführungen und Reibung, die Rotorkörper und der Abtriebskörper 53 als Dauermagnete ausgebildet. Es ist aber ersichtlich, dass statt dessen im Rahmen der Erfindung auch eine andere kraftschlüssige oder direkte formschlüssige Kopplung verwendet werden könnte. Im letzteren Fall könnte z. B. die Welle 19c mit der Welle 19b und der Welle 52 ein Stück bilden und müsste diese einzige Abtriebswelle relativ zu den Gehäusen 1b und 1c sowie 15b und 15c drehbar gelagert sein.
In diesem letzteren Fall würde ein Abtriebskörper 53 entfallen und würden die Rotorkörper 17b und 17c zweckmässig einfach als Körper mit zylindrischer Umfangsfläche ausgebildet, die einen verhältnismässig engen Flüssigkeitsspalt mit der inneren zylindrischen Oberfläche des Gehäuses 15b bzw. 15c bildet.
Auch im Falle der letztgenannten Abänderung wird auf die Abtriebswelle 52 nur eine gegenüber der Drehzahl der Gehäuse 15b und 15c verringerte und letzterer proportionale Drehzahl übertragen, die wiederum in der Weise von der Temperaturfunktion der zähen Flüssigkeiten 35b und 36c abhängig ist, wie dies bei der Ausführung nach Fig. 1 beschrieben wurde.
Schliesslich kann man die Ausführung nach Fig. 3 so abändern, dass man auf die Flügel des einen Messrades 3b oder 3c ganz verzichtet, wenn entweder das Gehäuse 15c durch geeignete Kopplung (z. B. über Zahnräder) unmittelbar vom Gehäuse 15b oder umgekehrt 15b von 15c gegenläufig antreiben lässt. Dasjenige Wassermessergehäuse lb oder 1c, welches nun nicht mehr ein Messrad, sondern nur noch ein flügelfreies Rad als Behälter für die zähe Flüssigkeit und zur Aufnahme des Rotorkörpers enthält, dient dann nur noch zur Übertragung der Temperatur des Wärmeträgerstromes auf diesen Behälter.
Ausser dem Zählwerk 54 kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung noch ein vom Messrad 2 bzw. von den Messrädern 2b, 2c aus (z. B. über die Welle 9 oder 9n) angetriebenes Mess- und Anzeigegerät für die Drehzahl des Messrades selbst vorgesehen sein.
Ein solches Gerät misst die reine Strömungsmenge des Wärmeträgers, ähnlich wie ein gewöhnlicher Wassermesser, und erleichtert das erstmalige Einregulieren der Heizungsanlage auf eine gewünschte Grundeinstellung.
Die in beiden Messeinheiten verwendete zähe Flüssigkeit ist zweckmässig ein zähes Ö1 und vorzugsweise das gleiche Ö1 für beide Messeinheiten. Zur Vereinfachung der Verhältnisse sind vorzugsweise auch die Körperabmessungen, die die Flüssigkeitsspalte in den beiden Viskosimetern nach Dicke und Länge bestimmen, in beiden Viskosimetern einander gleich und sind diese den durch den Wärmeträger in Umlauf versetzten Antriebsteilen bzw. Mess- oder Flügelrädern symmetrisch zugeordnet.
Durch die Wahl der Zähigkeit und der Temperaturabhängigkeit der zähen Flüssigkeit und die Wahl der Körperabmessungen in beiden Messeinheiten kann man die spezielle Funktion der Temperaturabhängigkeit des Messergebnisses am Zählwerk weitgehend nach Belieben festlegen. Dabei soll das Zählergebnis am Zählwerk im allgemeinen der Antriebsdrehzahl des Messrades bzw. der Messräder und der Differenz der Temperaturen zwischen Vorlauf und Rücklauf proportional sein. Dieses Ergebnis wird bei den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weitestgehend erreicht.
Eine die Proportionalität zur Temperaturdifferenz liefernde Temperaturfunktion bzw. Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit der Flüssigkeit erreicht man mit ausreichender Genauigkeit, wenn für dieses z. B. ein Silikonöl gewählt wird, dessen Zähigkeit bei Raumtemperatur zwischen 5000 und 50 000 Centistokes liegt und dessen Temperaturabhängigkeit eine Funktion von C e-kT ist, wobei e die Basis der natürlichen Logarithmen, T die absolute Temperatur der zähen Flüssigkeit und C bzw. k Konstante der Messeinheiten sind, die im wesentlichen von den geometrischen Verhältnissen in den Messeinheiten (besonders den Abmessungen der Flüssigkeitsspalte) bzw. von den Viskositätseigenschaften der darin enthaltenen Flüssigkeiten abhängen.
In allen Fällen gestattet es die Erfindung in der genannten Weise, den speziellen Abrechnungsvereinbarungen zwischen Lieferant und Verbraucher durch Beeinflussung der Temperaturfunktion des erfindungsgemässen Wärmemengenzählers Rechnung zu tragen.