DE202016104365U1

DE202016104365U1 - Trinkwassererwärmer

Info

Publication number: DE202016104365U1
Application number: DE202016104365.4U
Authority: DE
Original assignee: Hans Sasserath GmbH and Co KG
Current assignee: Hans Sasserath GmbH and Co KG
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2017-11-10
Anticipated expiration: 2026-08-09
Also published as: GB2554128A; GB201710203D0

Abstract

Belüftungsarmatur für Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster zur Aufnahme von Ausdehnungswasser enthaltend: (a) ein Gehäuse mit einem Wassereinlass und einem Wasserauslass für Wasser aus dem Trinkwassererwärmer, wobei das Wasser zum Zapfen vom Einlass durch das Gehäuse zum Auslass leitbar ist, (b) einen an dem Gehäuse vorgesehenen, mit der Atmosphäre verbindbaren und vom Wasser getrennten Lufteinlass, (c) einen an dem Gehäuse vorgesehenen Luftauslass, (d) einen Verbindungskanal zwischen Lufteinlass und Luftauslass, in dem zwei in Richtung des Luftauslasses öffnende Rückflussverhinderer in Reihe angeordnet sind, (e) eine zumindest teilweise zwischen den Rückflussverhinderern gebildete, luftgefüllte Druckkammer, deren Druck in Öffnungsrichtung auf den Luftauslass-seitigen Rückflussverhinderer und in Schließrichtung auf den Lufteinlass-seitigen Rückflussverhinderer wirkt, (f) ein die Druckkammer begrenzendes, bewegliches Hubelement, welches einerseits vom Eingangsdruck im Wassereinlass und andererseits vom Ausgangsdruck im Wasserauslass beaufschlagt ist und bei einer Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck eine Ausgleichsbewegung ausführt, welche zu einer Volumen- und Druckänderung in der Druckkammer führt, durch welche die Rückflussverhinderer öffnen oder schließen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Belüftungsarmatur für Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster zur Aufnahme von Ausdehnungswasser und einen Trinkwassererwärmer mit einer solchen Belüftungsarmatur.
Ein Trinkwassererwärmer besteht im Wesentlichen aus einem geschlossenen, wassergefüllten Behälter. Der Behälter hat einen in der Regel am unteren Ende vorgesehenen Einlass. Durch den Einlass wird kaltes Trinkwasser in den Behälter gefüllt. Eine elektrische Heizspirale oder ein mit heißem Wasser durchflossener Wärmetauscher heizt das Wasser in dem Trinkwassererwärmer. Das heiße Wasser wird an einem Auslass bereitgestellt. Wenn heißes Wasser gezapft wird, fließt frisches Trinkwasser über den Einlass nach.
Stand der Technik
Wenn Wasser in einem Trinkwassererwärmer erwärmt wird, dehnt es sich aus. Das so entstehende Ausdehnungswasser kann über ein Sicherheitsventil in einen Abfluss abgeleitet werden. Dann geht das Wasser verloren. Es ist daher bekannt Ausdehnungsgefäße zu verwenden. Diese nehmen Ausdehnungswasser auf und führen es ggf. zurück. Nachteilig dabei ist es, dass Ausdehnungsgefäße sehr voluminös sind. Ihre Installation ist aufwändig und die Geräte sind vergleichsweise teuer.
Unter dem Handelsnamen "Megaflo" vertreibt das Unternehmen Heatrae Sadia, beispielsweise im Internet unter www.megaflo.com Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster. Das Luftpolster befindet sich im gleichen Volumen wie das zu erwärmende Trinkwasser. Eine schwimmende Trennplatte trennt das Luftpolster vom Wasser. Das Luftpolster erlaubt die Ausdehnung des Wassers ohne Ansprechen des Sicherheitsventils. Das Luftpolster der bekannten Anordnung muss regelmäßig nachgefüllt werden.
GB 2 431 461 A und GB 2 413 623 A beschreiben einen Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster ohne Trennplatte zur internen Expansion. Zum Auffüllen des Luftpolsters ist ein Ventil mit einer Venturidüse im Kaltwasserzulauf vorgesehen. Dabei wird die Luft gemeinsam mit dem Wasser transportiert. Durch die Düse wird unkontrolliert Luft in die Installation und in das Luftpolster eingebracht. Nachteilig bei dieser Anordnung ist es, dass die in der Installation enthaltene Luft zu ungleichmäßigem Wasserfluss an der Zapfstelle führt. Luft ist aufgrund des hohen Sauerstoffgehalts ferner unerwünscht in der Installation, weil der Sauerstoff die Korrosion der Installation fördert.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Belüftungsarmatur für Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster zur Aufnahme von Ausdehnungswasser zu schaffen, bei der das Luftpolster automatisch mit Luft nachgefüllt wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Belüftungsarmatur enthaltend:

(a) ein Gehäuse mit einem Wassereinlass und einem Wasserauslass für Wasser aus dem Trinkwassererwärmer, wobei das Wasser zum Zapfen vom Einlass durch das Gehäuse zum Auslass leitbar ist,
(b) einen an dem Gehäuse vorgesehenen, mit der Atmosphäre verbindbaren und vom Wasser getrennten Lufteinlass,
(c) einen an dem Gehäuse vorgesehenen Luftauslass,
(d) einen Verbindungskanal zwischen Lufteinlass und Luftauslass, in dem zwei in Richtung des Luftauslasses öffnende Rückflussverhinderer in Reihe angeordnet sind,
(e) eine zumindest teilweise zwischen den Rückflussverhinderern gebildete, luftgefüllte Druckkammer, deren Druck in Öffnungsrichtung auf den Luftauslass-seitigen Rückflussverhinderer und in Schließrichtung auf den Lufteinlass-seitigen Rückflussverhinderer wirkt,
(f) ein die Druckkammer begrenzendes, bewegliches Hubelement, welches einerseits vom Eingangsdruck im Wassereinlass und andererseits vom Ausgangsdruck im Wasserauslass beaufschlagt ist und bei einer Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck eine Ausgleichsbewegung ausführt, welche zu einer Volumen- und Druckänderung in der Druckkammer führt, durch welche die Rückflussverhinderer öffnen oder schließen.

Die erfindungsgemäße Anordnung sieht einen Durchfluss des Wassers durch ein Gehäuse vor. Jedes Mal, wenn Wasser gezapft wird, erfolgt ein Druckabfall am Wasserauslass. Der Ausgangsdruck sinkt ab. Dadurch entsteht eine Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck am Wassereinlass und dem Ausgangsdruck. Die Druckdifferenz führt zu einer Ausgleichsbewegung eines Hubelements. Dieses wird durch den höheren Eingangsdruck in Richtung des Wasserauslasses bewegt. Die Bewegung des Hubelements führt gleichzeitig zu einer Verringerung des Volumens in der Druckkammer, das von dem Hubelement begrenzt wird. Dabei erhöht sich der Luftdruck in der Druckkammer. Bei erhöhtem Luftdruck in der Druckkammer öffnet der Rückflussverhinderer auf der Seite des Luftauslasses. Gleichzeitig hält der erhöhte Luftdruck den Rückflussverhinderer auf der Seite des Lufteinlasses geschlossen. Durch den geöffneten Rückflussverhinderer entweicht Luft aus der Druckkammer zum Auslass in den Behälter des Trinkwassererwärmers. Auf diese Weise wird das Luftpolster mit Luft aufgefüllt. Wenn die Druckdifferenz ausgeglichen ist, kann das Hubelement zurück in die Ruhestellung bewegt werden. Dabei wird das Volumen der Druckkammer wieder vergrößert. Dabei sinkt der Druck in der Druckkammer ab. Der Rückflussverhinderer auf der Luftauslass-Seite schließt. Der Rückflussverhinderer auf der Lufteinlass-Seite öffnet. Dabei gelangt wieder Luft aus der Atmosphäre in die Druckkammer bis die Druckverhältnisse ausgeglichen sind.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird jedes Mal, wenn Wasser gezapft wird, Luft in das Luftpolster überführt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Luftauslass mit dem Inneren des Wasserbehälters eines Trinkwassererwärmers verbindbar und vom Wasser getrennt ist. Die Luft geht dann anders als bei bekannten Anordnungen nicht durch wasserführende Strömungswege. Entsprechend wird das Wasser nicht mit Luft oder Sauerstoff angereichert.
Der Luftauslass kann direkt im Wasser oder Luftpolster münden. Es kann aber auch eine Verbindungsleitung als Schlauch oder Rohr vorgesehen sein, die im Wasser oder Luftpolster münden. Der Lufteinlass kann in der Atmosphäre münden oder ebenfalls mit einer Verbindungsleitung als Schlauch oder Rohr in die Atmosphäre geführt sein.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann quasi an beliebiger Stelle entlang der Wasserleitung vor der Zapfstelle angeordnet sein. Die Belüftungsanordnung kann innerhalb des Trinkwassererwärmers, beispielsweise unterhalb der Wasseroberfläche oder im Luftpolster angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, die Belüftungsanordnung außerhalb des Behälters des Trinkwassererwärmers anzuordnen. Dann führt eine Verbindungsleitung die Luft vom Luftauslass in das Behälterinnere. Es ist ferner möglich, die Belüftungsanordnung nicht im Bereich der Heißwasserleitung, sondern der Kaltwasserleitung anzuordnen. Wichtig ist nur, dass eine Wasserströmung durch das Gehäuse geführt wird, welche beim Zapfen eine Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck bewirkt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Hubelement innerhalb des Gehäuses eine Eingangskammer mit Eingangsdruck von einer Ausgangskammer mit Ausgangsdruck trennt. Die durch Druckdifferenzen erzeugten Kräfte wirken dann direkt auf das Hubelement.
Das Hubelement kann insbesondere einen Kolben umfassen. Der Kolben kann mit dem inneren Rand einer flexiblen Ringmembran verbunden sein und der äußere Rand der flexiblen Ringmembran kann fest an der Innenwandung des Gehäuses befestigt sein. Dann ist die wirksame Fläche, auf die die Differenzdruckkräfte wirken, nicht auf die Kolbenfläche begrenzt. Die Membran trennt die Eingangskammer von der Ausgangskammer, aber erlaubt eine ungehinderte Kolbenbewegung. Statt einer Membran ist es aber auch möglich ein anderes flexibles oder bewegliches Element zu verwenden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kolben und/oder die Ringmembran Öffnungen aufweisen, welche die Eingangskammer mit der Ausgangskammer verbinden. Die Wasserströmung wird durch diese Öffnungen von der Eingangskammer in die Ausgangskammer geführt. Über diese Öffnungen erfolgt auch ein Druckausgleich nach dem Zapfen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Öffnung im Kolben mit einem Rückflussverhinderer versehen ist, welcher in Richtung der Ausgangskammer öffnet. Der Rückflussverhinderer bildet einen Widerstand für die Strömung. Erst wenn eine ausreichende Druckdifferenz vorliegt, d.h. genügend Wasser gezapft wird, öffnet der Rückflussverhinderer.
Vorzugsweise weist die Ringmembran Öffnungen auf, deren gesamter Öffnungsquerschnitt geringer ist, als der Öffnungsquerschnitt der Öffnung im Kolben. Kleinere Strömungen können durch diese kleineren Öffnungen in der Membran an dem Rückflussverhinderer vorbei geleitet werden. Die Zapfmenge ist also nicht etwa auf große Mengen beschränkt. Alternativ ist die Membran geschlossen, d.h. ohne Öffnungen 56, und der Kolben 38 besitzt eine Bypassöffnung, die an der RV-Patrone 90 vorbeiführt. Solange die Bypassöffnung den identischen Querschnitt der Membranöffnungen 56 hat, ist die Funktion gewährleistet.
Vorzugsweise ist eine Führung zum Führen des Hubelements vorgesehen. Dabei kann das Hubelement mit einer Federkraft beaufschlagt sein, welche das Hubelement in eine Ruhestellung bewegt, bei der die Druckkammer ihr maximales Volumen hat. Das Hubelement muss dann nicht zufällig oder gezielt mit der Hand – wie bei einer Luftpumpe für Fahrräder – in seine Ausgangslage zurückbewegt werden. Vielmehr drückt die Feder das Hubelement nach dem Zapfen von Wasser automatisch zurück. Beim Zurückbewegen wird durch die Volumenvergrößerung in der Druckkammer ein Unterdruck erzeugt. Dann öffnet der Rückflussverhinderer auf der Lufteinlass-Seite. Luft strömt vom Lufteinlass in die Druckkammer. Die Federkraft ist so ausgelegt, dass der Widerstand des Rückflussverhinderers auf der Lufteinlass-Seite in der Verbindung zwischen Lufteinlass und Luftauslass überwunden wird.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere auch mit einem Trinkwassererwärmer gelöst, mit einem Luftpolster zur Aufnahme von Ausdehnungswasser enthaltend eine vorstehend beschriebene Belüftungsarmatur. Ein Trinkwassererwärmer enthält neben einer solchen Belüftungsarmatur auch einen beheizbaren, geschlossenen Behälter für das zu erwärmende Wasser; einen Einlass zum Nachfüllen von Trinkwasser; und einen Auslasskanal für heißes Wasser, welcher eingangsseitig unterhalb der Wasseroberfläche im Wasser mündet und oberhalb der Wasseroberfläche in dem Behälter ein Luftpolster zur Aufnahme von Ausdehnungswasser vorgesehen ist.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Definitionen
In dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen haben alle Begriffe eine dem Fachmann geläufige Bedeutung, welche der Fachliteratur, Normen insbesondere DIN EN 806-1 und DIN EN 1717 und den einschlägigen Internetseiten und Publikationen, insbesondere lexikalischer Art, beispielsweise www.Wikipedia.de, www.wissen.de oder www.techniklexikon.net, der Wettbewerber, forschenden Institute, Universitäten und Verbände, beispielsweise Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. oder Verein Deutscher Ingenieure, dargelegt sind. Insbesondere haben die verwendeten Begriffe nicht die gegenteilige Bedeutung dessen, was der Fachmann den obigen Publikationen entnimmt.
Weiterhin werden hier folgende Bedeutungen für die verwendeten Begriffe zugrunde gelegt:

Armatur:: ist ein Bauteil zur Installation in oder an einer Rohrleitung oder anderen Fluidinstallation zum Absperren, Regeln oder Beeinflussen von Stoffströmen. Eine Armatur kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und wird an einer Stelle in oder an der Rohrleitung installiert. Armaturen sind beispielsweise und nicht abschließend: Anschlussvorrichtungen, Anschlussarmaturen, Hauptabsperrarmaturen, Wartungsarmaturen, Drosselarmaturen, Entnahmestellen, Entnahmearmaturen, Entleerungsarmaturen, Sicherungsarmaturen, Sicherheitsarmaturen und Stellarmaturen.
Auslass: ist eine ablaufseitige Öffnung in einem Gehäuse, aus welcher ein Stoffstrom herausfließen kann. Die Öffnung kann insbesondere an eine Rohrleitung oder eine weitere Armatur angeschlossen sein oder frei zur Atmosphäre hin öffnen.
axial: ist die Richtung der Rotationsachse von ganz oder teilweise rotationssymmetrischen Bauteilen, wie etwas Rohren oder langgestreckten Gehäusen. Bei Bauteilen ohne Rotationssymmetrie ist es die Hauptströmungsrichtung in einem Bauteilabschnitt.
Bohrung: ist jede Art von Verbindung zweier Hohlräume, sowie Sacklöcher.
Einlass: ist eine zulaufseitige Öffnung in einem Gehäuse, in welchen ein Stoffstrom hineinfließen kann. Die Öffnung kann insbesondere an eine Rohrleitung oder eine weitere Armatur angeschlossen sein oder frei zur Atmosphäre hin öffnen.
Gehäuse: Begrenzung für Stoffe, Bauteile, Instrumente und Messgeräte nach außen. Ein Gehäuse kann einteilig oder aus mehreren verbundenen Gehäuseteilen mehrteilig ausgebildet sein und aus einem oder mehreren Materialien bestehen.
Mutter: Maschinenelement zur Herstellung lösbarer Verbindungen. Die Mutter ist ein Hohlkörper mit Innengewinde.
Rohr: Hohlkörper aus zylindrischen Abschnitten. Dient üblicherweise als Rohrleitung.
Rückflussverhinderer: Sicherungsarmatur gegen Rückfließen. Eine Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, das Rückfließen eines Stoffstroms, entgegen einer bestimmungsgemäßen Fließrichtung zu verhindern.
Schulter: Übergang von Abschnitten unterschiedlicher Durchmesser oder Dicken.
Stutzen: Rand oder Übergangsstück an einer Öffnung.
Ventil: Bauteil zur Absperrung oder Regelung des Durchflusses von Fluiden.
zapfen: entnehmen von Wasser aus einer Installation, beispielsweise an einem Wasserhahn oder mittels eines Apparates
Zapfstelle: (= Entnahmestelle) die Stelle, an der entweder das Trinkwasser durch den Benutzer direkt oder durch den Anschluss eines Apparates entnommen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Querschnitt durch eine Belüftungsarmatur für Trinkwassererwärmer, wenn eine geringe Menge Wasser gezapft wird, entlang einer Schnittebene A-A.
2 ist ein Querschnitt durch die Belüftungsarmatur aus 1 entlang einer Schnittebene C-C, die um 90° winkelversetzt ist.
3 ist ein Querschnitt durch die Belüftungsarmatur aus 1 in einer Ruhestellung, bei der kein Wasser gezapft wird.
4 zeigt ein Detail aus 3, mit zwei Rückflussverhinderern zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass, bei dem der Rückflussverhinderer auf der Seite des Lufteinlasses öffnet.
5 ist ein Querschnitt analog zu 2, in der in 3 gezeigten Ruhestellung, bei der kein Wasser gezapft wird.
6 zeigt ein Detail aus 1, mit zwei Rückflussverhinderern zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass, bei dem der Rückflussverhinderer auf der Seite des Luftauslasses öffnet.
7 entspricht 1 bei größeren Durchflussmengen.
8 zeigt einen Trinkwassererwärmer, bei dem die Belüftungsarmatur im Bereich der Wasseroberfläche angeordnet ist.
9 zeigt einen Trinkwassererwärmer, bei dem die Belüftungsarmatur außerhalb des Wasserbehälters angeordnet ist.
10 zeigt die Frischwasserzuleitung zu einem Trinkwassererwärmer, in der eine Belüftungsarmatur integriert ist.
11 entspricht 7 bei größeren Durchflussmengen entlang einer Schnittebene C-C, die um 90° winkelversetzt ist.
12 ist eine Explosionsdarstellung der Anordnung aus 1.
13 entspricht 8 in einem maßstabsgetreuen Kesselmodell
14 entspricht 9 an einem maßstabsgetreuen Kesselmodell
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine Belüftungsarmatur, die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Die Belüftungsarmatur 10 weist ein Gehäuse 12 auf. Am unteren Ende des Gehäuses 12 ist ein Wassereinlass 14 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Wassereinlass 14 als Gewindestutzen 20 ausgebildet. Es ist aber auch möglich, eine Öffnung oder einen Rohr- oder Schlauchförmigen Wassereinlass zu verwenden. Das Gehäuse 12 ist zweiteilig ausgebildet. Ein unterer Gehäuseteil 15 hat eine im Wesentlichen zylindrische Wandung 16 und einen Boden 18. Der Gewindestutzen 20 mit dem Wassereinlass 14 ist unten an den Boden 18 angeformt.
In das untere Gehäuseteil 15 ist ein oberes Gehäuseteil 22 eingeschraubt. Hierfür ist ein Gewinde 24 vorgesehen. Das obere Gehäuseteil 22 weist ebenfalls eine im Wesentlichen zylindrische Wandung 26 auf. An die Oberseite 28 des oberen Gehäuseteils 22 ist ein Gewindestutzen 30 angeformt. Der Gewindestutzen 30 bildet einen Wasserauslass 32. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Gehäuseteile 15 und 22 und die Gewindestutzen 20 und 30 koaxial zu einer Achse 34 angeordnet. Es ist aber auch eine außeraxiale Anordnung möglich.
Am Boden des unteren Gehäuseteils 15 sind sechs Führungsrippen 36 kranzförmig angeformt. Die Führungsrippen 36 sind langgestreckt und erstrecken sich in axialer Richtung in das Innere des unteren Gehäuseteils 15. Auf den Führungsrippen 36 ist ein allgemein mit 38 bezeichneter Kolben in axialer Richtung beweglich geführt.
Der Kolben 38 ist am unteren Ende mit langgestreckten Führungsgliedern 40 versehen. Die Führungsglieder 40 sind ebenfalls kranzförmig angeordnet und korrespondieren mit den Führungsrippen 36 in einer Weise, dass der Kolben in axialer Richtung beweglich geführt ist. Dabei greift der Kranz aus Führungsgliedern 40 um den Kranz aus Führungsrippen 36. Die Führungsrippen 36 und die Führungsglieder 40 haben jeweils eine Länge, die ein Überlappen auch dann sicherstellt, wenn sich der Kolben 38 in einer oberen Endposition befindet. Die Oberseite der Führungsrippen 36 bildet einen unteren Anschlag für den Kolben 38.
Auf den Kolben 38 ist eine Mutter 42 aufgeschraubt. Mit der Mutter 42 wird der Innere Rand 46 einer Ringmembran 44 am Kolben 38 fixiert. Die Ringmembran 44 besteht aus flexiblem Kunststoff. Der äußere Rand 48 der Ringmembran 44 ist zwischen einem nach innen ragenden Ringvorsprung 50 auf der Innenseite der Wandung 16 und der Unterseite des oberen Gehäuseteils 22 eingeklemmt. Der äußere Rand 48 der Ringmembran 44 ist somit gehäusefest. Der innere Rand 46 folgt der Kolbenbewegung.
Der Kolben 38 und die Ringmembran 44 teilen den Innenraum des Gehäuses 12 in eine Eingangskammer 52 und eine Ausgangskammer 54. In der mit dem Einlass 14 verbundenen Eingangskammer 52 herrscht Eingangsdruck. In der mit dem Auslass verbundenen Ausgangskammer 54 herrscht Ausgangsdruck. Dies ist in 2 gut zu erkennen.
Die Ringmembran 44 weist Öffnungen 56 auf. Die Öffnungen 56 haben einen vergleichsweise kleinen Durchmesser. Die Öffnungen 56 verbinden die Eingangskammer 52 mit der Ausgangskammer 54. Geringe Wassermengen können durch die Öffnungen 56 vom Einlass 14 zum Auslass 32 strömen. Dies ist durch einen Pfeil 58 illustriert. Die Öffnungen 56 ermöglichen einen langsamen Druckausgleich zwischen Eingangskammer 52 und Ausgangskammer 54.
Der Kolben 38 ist von der Kraft einer Feder 60 beaufschlagt. Die Feder 60 drückt den Kolben 38 nach unten in eine Ruhestellung. Diese Ruhestellung ist in 3 dargestellt. Am oberen Ende ist die Feder innen an der Oberseite des oberen Gehäuseteils 22 abgestützt.
Der Kolben 38 ist an der Oberseite über Streben 62 mit einem oberen Kolbenteil 64 fest verbunden. Das Kolbenteil 64 ist zylinderförmig und in einer hohlzylindrischen Führung 66 axialbeweglich geführt. Die Führung 66 ist mit dem oberen Rand innen an die Oberseite des oberen Gehäuseteils 22 angeformt und erstreckt sich von dort nach unten. Eine O-Ring-Dichtung 86 dichtet den Innenraum der Führung 66 gegenüber der Ausgangskammer 54 ab. Das Kolbenteil 64 folgt der Bewegung des Kolbens 38. Die Feder 60 ist um die Führung 66 und das Kolbenteil 64 herum angeordnet. Die Feder 60 hat einen geringeren Durchmesser als der innere Rand der Ringmembran 44. Dadurch bewegt sich die Ringmembran 44 außerhalb der Feder und des oberen Kolbenteils 64 zwischen der Eingangskammer 52 und der Ausgangskammer 54.
Im Bereich der Oberseite 28 des oberen Gehäuseteils 22 ist ein Verbindungskanal 68 mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse 70 angeformt. Der Verbindungskanal 68 verbindet einen Lufteinlass 72 mit einem Luftauslass 74. Das Gehäuse 70 des Verbindungskanals verläuft im vorliegenden Ausführungsbeispiel horizontal quer durch die Achse 34. Es ist aber auch ein anderer Verlauf möglich. Das Gehäuse 70 ist oberhalb der Oberseite 28, aber unterhalb des Gewindestutzens 30 mit dem Auslass 32 angeordnet. Die Ausgangskammer 54 erstreckt sich seitlich um das Gehäuse 70 herum bis zum Auslass 32. Dies ist in 2 gut zu erkennen. Auf diese Weise ist die Ausgangskammer 54 mit dem Auslass 32 verbunden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Einlassteil 73 auf der Lufteinlass-Seite in das Gehäuse 70 eingesteckt. Das Einlassteil 73 ist über einen Bajonettverschluss mit dem Gehäuse 70 verbunden. Das Einlassteil 73 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein gewinkeltes Rohrstück. Durch geeignete Ausgestaltung des Einlassteils 73 kann die Belüftungsarmatur 10 an verschiedene Umgebungsbedingungen angepasst werden. In ähnlicher Weise ist ein Auslassteil 75 über einen Bajonettverschluss auf der Luftauslass-Seite mit dem Gehäuse 70 verbunden.
In dem Verbindungskanal 68 sind zwei Rückflussverhinderer 76 und 78 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Rückflussverhinderer 76 und 78 koaxial angeordnet. Bei einem nicht-linearen Verbindungskanal 68 ist es aber auch möglich, die Rückflussverhinderer 76 und 78 geometrisch anders hintereinanderzuschalten. Die Rückflussverhinderer 76 und 78 öffnen in Richtung Luftauslass 74. Zwischen den Rückflussverhinderern 76 und 78 befindet sich ein Luft-gefüllter Hohlraum 80.
In der Oberseite 28 des oberen Gehäuseteils 22 ist eine Bohrung 82 vorgesehen. Die Bohrung 82 mündet am oberen Ende im Hohlraum 80. Das untere Ende der Bohrung 82 mündet im Inneren 84 der zylindrischen Führung 66. Die Bohrung 82 verbindet also das Innere 84 der zylindrischen Führung 66 mit dem Hohlraum 80. Der Hohlraum 80, die Bohrung 82 und das Innere 84 der zylindrischen Führung 66 bilden eine luftgefüllte Druckkammer. Das obere Kolbenteil 64 folgt einer Bewegung des Kolbens 38 in axialer Richtung. Dadurch ändert sich das Volumen des Luft-gefüllten Teils des Inneren 84 der zylindrischen Führung 66. Der obere Kolbenteil 64 ist mit einer Ringdichtung in Form eines O-Rings 86 versehen. Dadurch ist das Innere 84 der zylindrischen Führung 66 gegenüber der Ausgangskammer 54 abgedichtet. Die zylindrische Führung 66 ist in axialer Richtung so lang, dass die Ringdichtung 86 auch in der untersten Kolbenstellung des Kolbens 38 innerhalb der Führung 66 bleibt.
Der Kolben 38 ist mit einer Mittenbohrung 88 versehen. In der Mittenbohrung 88 sitzt ein Rückflussverhinderer 90. Eine Schulter 92 auf der einen Seite und ein Sicherungsring 91 halten den Rückflussverhinderer 90 in seiner Lage. Der Rückflussverhinderer 90 öffnet nach oben in der Darstellung in Richtung Ausgangskammer 54.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
3 und 5 zeigen die Anordnung in einer Stellung, bei der kein Wasser gezapft wird und kein Wasser fließt. Dann drückt die Feder 60 den Kolben 38 in eine untere Endstellung. In dieser Stellung drückt die Unterseite des Kolbens 38 auf die Oberseite der Rippen 36. Die Oberseite der Rippen 36 bildet dabei einen unteren Anschlag.
Wenn eine geringe Menge Wasser gezapft wird, fließt Wasser in Richtung des Pfeils 96. Das Wasser fließt vom Einlass 14 in Richtung des Pfeils 98 nach. Dies ist in 1 bis 3 zu erkennen. Dabei strömt es in Richtung des Pfeils 94 durch die Eingangskammer 52 zu den Öffnungen 56 in der Membran 44. Durch die Öffnungen 56 in der Membran 44 gelangen geringe Wassermengen in die Ausgangskammer 54. Dies ist durch einen Pfeil 58 illustriert. Von der Ausgangskammer 54 fließt das Wasser zum Auslass 32. Dabei fließt das Wasser am Gehäuse 70 des Verbindungskanals 68 vorbei. Dies ist durch Pfeile 100 in 2 illustriert. Wenn geringe Mengen Wasser gezapft werden reicht der Querschnitt der Öffnungen 56 in der Membran aus um für einen allmählichen Druckausgleich zu sorgen. Wenn eine größere Menge Wasser gezapft wird, reicht der Querschnitt der Öffnungen 56 für einen schnellen Druckausgleich nicht aus. Es herrscht ein Druckgefälle zwischen Ausgangskammer 54 und Eingangskammer 52. Der Druck in der Ausgangskammer 54 ist geringer. Durch die Druckdifferenz wird die Membran 44 und damit auch der Kolben 38 nach oben in der Darstellung in Richtung der Ausgangskammer 54 bewegt. Diese Situation ist in 1 bis 3 dargestellt. Zusammen mit dem Kolben 38 wird der obere Kolbenteil 64 nach oben bewegt. Dadurch wird das Volumen in der Druckkammer aus Hohlraum 80, Bohrung 82 und dem Inneren 84 der zylindrischen Führung 66 verringert. In der Druckkammer erhöht sich entsprechend der Druck.
Der erhöhte Luftdruck in der Druckkammer 80, 82, 84 wirkt auf den Rückflussverhinderer 76 auf der Seite des Lufteinlasses in Schließrichtung. Dieser Rückflussverhinderer 76 bleibt geschlossen. Der erhöhte Luftdruck in der Druckkammer 80, 82, 84 wirkt auf den Rückflussverhinderer 78 auf der Seite des Luftauslasses in Öffnungsrichtung. Diese Situation ist in 6 dargestellt. Die Luft wird also aus der Druckkammer durch den Rückflussverhinderer 78 in Richtung Luftauslass 74 gedrückt bis die Druckverhältnisse wieder ausgeglichen sind. Dabei spielt es keine Rolle, wie lange der Zapfvorgang anhält. Wichtig ist lediglich, dass für kurze Zeit Wasser gezapft wird, die eine Druckdifferenz mit einer Kolbenbewegung des Kolbens 38 bewirkt.
Mit der Zeit erfolgt über die Öffnungen 56 ein Druckausgleich zwischen Eingangskammer 52 und Ausgangskammer 54. Die Feder 60 drückt den Kolben 38 wieder nach unten in der Darstellung in seine Ausgangslage. Dabei wird das Volumen in der Druckkammer 80, 82, 84 wieder vergrößert. Die Vergrößerung des Volumens bewirkt einen Druckabfall des Luftdrucks in der Druckkammer 80, 82, 84. Der so entstandene Unterdruck bewirkt, dass der Rückflussverhinderer 78 auf der Seite des Luftauslasses 74 schließt. Gleichzeitig öffnet der Rückflussverhinderer 76 auf der Seite des Lufteinlasses 72. Der Lufteinlass 72 ist mit der Atmosphäre verbunden. Entsprechend kann Luft durch den Verbindungskanal 68 vom Lufteinlass 72 durch den Rückflussverhinderer 76 in die Druckkammer 80, 82, 84 nachströmen.
Die Bohrung 88 im Kolben 38 bildet eine weitere Verbindung zwischen Ausgangskammer 54 und Eingangskammer 52. Bei größeren Mengen Wasser, die gezapft werden, fließt das Wasser nicht nur durch die kleineren Öffnungen 56 in der Membran 44. Durch die Druckdifferenz zwischen Eingangskammer 52 und Ausgangskammer 54 öffnet auch der Rückflussverhinderer 90 in der Bohrung 88. Größere Mengen Wasser fließen also durch den Rückflussverhinderer 90 in die Ausgangskammer 54 (11).
Die Anordnung führt dazu, dass die Wasserströmung bei jedem Zapfvorgang die Druckverhältnisse so beeinflusst, dass Luft aus der Druckkammer zum Luftauslass 74 gedrückt wird. Am Ende des Zapfvorgangs baut sich der Ausgangsdruck wieder auf und es wird Luft vom Lufteinlass 72 in die Druckkammer gesaugt.
Die 8 bis 10 illustrieren, wie die Anordnung zum Auffüllen eines Luftpolsters in einem Trinkwassererwärmer genutzt werden kann.
8 zeigt schematisch und nicht maßstabsgerecht eine erste Ausführungsvariante. Die Belüftungsarmatur 10 wird im Bereich der Wasseroberfläche 102 innerhalb eines Wasserbehälters 104 (verkleinert dargestellt) angeordnet. Wasser wird über einen Einlass 106 aus einer Wasserquelle, etwa einem Kaltwasseranschluss, nachgefüllt. Dies ist durch einen Pfeil 108 repräsentiert. Der Wassereinlass 14 der Belüftungsarmatur 10 ist unterhalb der Wasseroberfläche 102 angeordnet. Der Deckel des Wasserbehälters 104 ist mit einer Öffnung zur Atmosphäre und daran anschließend mit einem nach unten ragenden Rohrstutzen 109 versehen. Der Rohrstutzen 109 kann angeformt oder angeschraubt sein. In den Rohrstutzen 109 ist der Lufteinlass 72 mit einem Gewinde eingesteckt und abgedichtet. Der Luftauslass 74 mündet ohne weitere Vorrichtungen unterhalb der Wasseroberfläche. Bei einem nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel mündet der Luftauslass 74 oberhalb der Wasseroberfläche 102.
Der Wasserauslass 32 ist durch eine Öffnung im Deckel des Wasserbehälters 104 geführt (als Verbindungsglied dient beispielsweise ein Schlauchelement). Dabei ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zusätzliche, rohrförmige Führung vorgesehen, an die der Gewindestutzen 30 angeschraubt wird.
Wenn Wasser gezapft wird, fließt Wasser durch den Einlass 106 nach. Der Druckabfall am Auslass 32 bewirkt, dass Luft in das Wasser gedrückt wird. Diese steigt nach oben und füllt das Luftpolster 110 auf. Nach Beenden des Zapfvorgangs wird Luft durch den Lufteinlass 72 aus der Atmosphäre angesaugt.
Die Belüftungsarmatur 10 kann auch vollständig außerhalb des Behälters 112 des Trinkwassererwärmers angeordnet sein. Dies ist in 9 dargestellt. Dann wird der Wassereinlass 14 über eine rohrförmige Verbindung 116 durch den Deckel des Wasserbehälters 112 geführt. Die rohrförmige Verbindung 116 mündet im Wasser unterhalb der Wasseroberfläche 118. Der Lufteinlass 72 erfordert keine weiteren Verbindungselemente, da er sich bereits in der Atmosphäre befindet. Der Luftauslass 74 wird über einen Schlauch oder eine Rohrverbindung 120 mit dem Behälterinneren verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mündet die Rohrverbindung 120 direkt im Luftpolster 122. Die Belüftungsarmatur 10 ist in beiden Ausführungsbeispielen, 8 und 9 identisch.
10 zeigt eine leicht veränderte Variante. Hier wird nicht die Strömung des heißen Wassers aus dem Wasserbehälter zur Erzeugung einer Druckdifferenz genutzt, sondern die Strömung des kalten Wassers. Die Armatur 10 wird in die Rohrleitung für die Kaltwasserzufuhr des Wasserbehälters installiert. Ein Luftauslass ist nicht vorgesehen. Vielmehr wird die Luft über eine Bohrung 124 in das Wasser überführt. Die Bohrung 124 verbindet den Bereich hinter dem Rückflussverhinderer 78 mit dem wasserführenden Wasserauslass 32. Die Luft wird bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem Wasser in den Trinkwasserbehälter transportiert. Ein Venturieffekt, wie bei bekannten Anordnungen, wird aber auch hier nicht genutzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 2431461 A [0005]
GB 2413623 A [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

www.megaflo.com [0004]
DIN EN 806-1 [0020]
DIN EN 1717 [0020]
www.Wikipedia.de [0020]
www.wissen.de [0020]
www.techniklexikon.net [0020]

Claims

Belüftungsarmatur für Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster zur Aufnahme von Ausdehnungswasser enthaltend: (a) ein Gehäuse mit einem Wassereinlass und einem Wasserauslass für Wasser aus dem Trinkwassererwärmer, wobei das Wasser zum Zapfen vom Einlass durch das Gehäuse zum Auslass leitbar ist, (b) einen an dem Gehäuse vorgesehenen, mit der Atmosphäre verbindbaren und vom Wasser getrennten Lufteinlass, (c) einen an dem Gehäuse vorgesehenen Luftauslass, (d) einen Verbindungskanal zwischen Lufteinlass und Luftauslass, in dem zwei in Richtung des Luftauslasses öffnende Rückflussverhinderer in Reihe angeordnet sind, (e) eine zumindest teilweise zwischen den Rückflussverhinderern gebildete, luftgefüllte Druckkammer, deren Druck in Öffnungsrichtung auf den Luftauslass-seitigen Rückflussverhinderer und in Schließrichtung auf den Lufteinlass-seitigen Rückflussverhinderer wirkt, (f) ein die Druckkammer begrenzendes, bewegliches Hubelement, welches einerseits vom Eingangsdruck im Wassereinlass und andererseits vom Ausgangsdruck im Wasserauslass beaufschlagt ist und bei einer Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck eine Ausgleichsbewegung ausführt, welche zu einer Volumen- und Druckänderung in der Druckkammer führt, durch welche die Rückflussverhinderer öffnen oder schließen.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass mit dem Inneren des Wasserbehälters eines Trinkwassererwärmers verbindbar und vom Wasser getrennt ist.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubelement innerhalb des Gehäuses eine Eingangskammer mit Eingangsdruck von einer Ausgangskammer mit Ausgangsdruck trennt.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubelement einen Kolben umfasst.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit dem inneren Rand einer flexiblen Ringmembran verbunden ist und der äußere Rand der flexiblen Ringmembran fest an der Innenwandung des Gehäuses befestigt ist.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben und/oder die Ringmembran Öffnungen aufweisen, welche die Eingangskammer mit der Ausgangskammer verbinden.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung im Kolben mit einem Rückflussverhinderer versehen ist, welcher in Richtung der Ausgangskammer öffnet.
Belüftungsarmatur nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmembran Öffnungen aufweist, deren gesamter Öffnungsquerschnitt geringer ist, als der Öffnungsquerschnitt der Öffnung im Kolben.
Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Führung zum Führen des Hubelements.
Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubelement mit einer Federkraft beaufschlagt ist, welche das Hubelement in eine Ruhestellung bewegt, bei der die Druckkammer ihr maximales Volumen hat.
Trinkwassererwärmer mit einem Luftpolster zur Aufnahme von Ausdehnungswasser enthaltend eine Belüftungsarmatur nach einem der vorgehenden Ansprüche.