Das Funktionsprinzip eines Einstrahl-Volltrockenläufer- Flügelradzählers für Trinkwasser
Funktionsprinzip und konstruktiver Aufbau eines Einstrahl-Volltrockenläufer-Flügelradzählers für Trinkwasser
Bei einem Einstrahl-Volltrockenläufer-Flügelradzähler wird das Flügelrad durch genau einen Wasserstrahl angetrieben. Dieser Wasserstrahl tritt durch die Bohrung im Einlaufstutzen des Zählergehäuses in den Messraum ein und trifft das Flügelrad tangential, also seitlich am Umfang des Rades. Durch diese tangentiale Anströmung entsteht ein Drehmoment, das das Flügelrad in Rotation versetzt.
Die Drehbewegung des Flügelrades wird anschließend auf das Zählwerk übertragen. Auf diese Weise kann die durch den Zähler geflossene Wassermenge erfasst und angezeigt werden. Das grundsätzliche Messprinzip ist somit die Umwandlung der Strömungsenergie des Wassers in eine kontrollierte Drehbewegung des Flügelrades.
Bedeutung der Staurippen
Bei einem Einstrahl-Flügelradzähler ist die Drehzahl des Flügelrades ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen nicht unmittelbar proportional zum tatsächlichen Durchfluss. Der Grund dafür liegt in der Veränderung der auf das Flügelrad wirkenden Kräfte und Momente.
Um dieses Verhalten auszugleichen, werden bei Einstrahl-Flügelradzählern Staurippen angeordnet. Diese befinden sich in der Regel oberhalb und unterhalb des Flügelrades. Sie beeinflussen die Strömung gezielt und erzeugen zusätzliche bremsende Kräfte beziehungsweise Momente.
Zusammen mit dem Flügelrad übernehmen die Staurippen die Funktion einer Wasserwirbelbremse. Sie sorgen dafür, dass die Drehbewegung des Flügelrades bei unterschiedlichen Durchflussmengen kontrolliert und stabilisiert wird.
Durch das Zusammenspiel von:
- dem tangential eintretenden Einzelstrahl
- dem rotierenden Flügelrad
- den oberhalb und unterhalb angeordneten Staurippen
- den durch die Konstruktion erzeugten bremsenden Momenten
wird eine sehr gute Anpassung der Flügeldrehzahl an den tatsächlichen Durchfluss erreicht.
Die nach der gegenseitigen Wirkung von Antriebsmoment und Bremsmoment verbleibenden Kräfte müssen im Wesentlichen nur noch die Reibungskräfte der Lagerung und der beweglichen Komponenten überwinden. Diese Reibungskräfte verhalten sich annähernd linear zum Durchfluss. Dadurch wird eine für die Messaufgabe geeignete und reproduzierbare Beziehung zwischen Wasserdurchfluss und Flügelraddrehzahl erreicht.
Belastung der Flügelradlagerung
Im Vergleich zu einem Mehrstrahl-Flügelradzähler ist die Lagerung des Flügelrades bei einem Einstrahlzähler einer stärkeren einseitigen Belastung ausgesetzt. Beim Mehrstrahlzähler wird das Flügelrad von mehreren Wasserstrahlen angeströmt, wodurch sich die wirkenden Kräfte gleichmäßiger verteilen können.
Beim Einstrahlzähler trifft der Wasserstrahl dagegen gezielt von einer Seite auf das Flügelrad. Die dabei entstehenden Kräfte und Momente drücken das Flügelrad seitlich. Diese seitliche Belastung wirkt auch auf die Lagerung des Flügelrades.
Eine solche einseitige Beanspruchung kann grundsätzlich zu einem höheren Verschleiß der Lagerkomponenten führen. Dadurch kann die Lebensdauer eines Einstrahl-Flügelradzählers im Vergleich zu einem Mehrstrahl-Flügelradzähler beeinflusst werden.
Bei modernen Lagerkonstruktionen, die dem aktuellen Stand der Technik entsprechen, ist ein kritischer Verschleiß innerhalb der Gültigkeitsdauer der Eichung jedoch normalerweise nicht zu erwarten. Dies gilt auch für Zähler, die über eine entsprechende Bauartzulassung verfügen. Die Lagerung wird so ausgelegt, dass sie den im vorgesehenen Betriebsbereich auftretenden Kräften standhält und die geforderte Messsicherheit während der maßgeblichen Einsatzdauer gewährleistet.
Einsatz als Wohnungswasserzähler
Einstrahl-Flügelradzähler werden häufig als Wohnungswasserzähler eingesetzt. Für diese Anwendung stehen sie unter anderem in den Größen Q3 1,5 und Q3 2,5 zur Verfügung. Die Auswahl der Zählergröße richtet sich nach den Anforderungen der jeweiligen Installation. Dabei sind insbesondere die zu erwartende Durchflussmenge, die Rohrleitungsdimension sowie die technischen Bedingungen der Wasserversorgungsanlage zu berücksichtigen.
Traditionell werden Einstrahl-Flügelradzähler mit mechanischen Zählwerken in Trockenläuferausführung ausgestattet. Bei dieser Bauform befindet sich das Zählwerk außerhalb des wasserführenden Bereichs. Die Drehbewegung des Flügelrades wird über eine geeignete Übertragung auf das Zählwerk weitergegeben, während die Anzeige trocken und gut ablesbar bleibt.
Zunehmend kommen auch elektronische Zählwerke zum Einsatz. Diese bieten zusätzliche Möglichkeiten für die Anzeige, Speicherung und Weiterleitung von Verbrauchsdaten. Je nach Ausführung können elektronische Zählwerke beispielsweise für eine digitale Anzeige, eine Funkübertragung oder die Einbindung in übergeordnete Auslesesysteme vorbereitet sein.
Justierung des Zählers
Die Justierung eines Einstrahl-Flügelradzählers erfolgt normalerweise über die Druckplatte, die mit Staurippen versehen ist und oberhalb des Flügelrades angeordnet wird.
Für die Einstellung wird die Druckplatte verdreht. Dadurch lässt sich die Strömung im Messraum gezielt beeinflussen. Die Position der Staurippen verändert die auf das Flügelrad wirkenden bremsenden Kräfte und ermöglicht somit eine genaue Anpassung des Messverhaltens.
Diese Justierung wird bei abgenommenem Zählwerk oder noch nicht aufgesetztem Zählwerk durchgeführt. Dadurch ist der Zugang zur Druckplatte gewährleistet und die Einstellung kann unter kontrollierten Bedingungen vorgenommen werden.
Nach Abschluss der Justierung wird das Zählwerk wieder montiert. Anschließend ist der Zähler für den vorgesehenen Einbau und die Verbrauchserfassung vorbereitet.
Standardausführung als Inline-Zähler
Die Standardausführung des Einstrahl-Flügelradzählers ist der Inline-Typ. Bei dieser Bauform wird der vollständige Zähler direkt in die Rohrleitung eingebaut. Wasser tritt an einer Seite in den Zähler ein, durchströmt den Messraum und verlässt ihn anschließend wieder an der gegenüberliegenden Seite.
Wie bereits beschrieben, werden die Einlauf- und Auslaufkanäle des Messwerks beim Inline-Typ durch Bohrungen in den Anschlussstutzen des Zählergehäuses gebildet. Diese Bohrungen führen das Wasser in den Messbereich und anschließend wieder aus dem Zähler heraus.
Die lichte Weite der Bohrungen entspricht ungefähr der Nennweite der jeweils zugehörigen Rohrleitung. Dadurch kann der Zähler passend in die vorhandene Installation integriert werden. Die Strömungsführung wird konstruktiv so ausgelegt, dass der Wasserfluss gezielt in den Messraum geleitet wird und der Einzelstrahl das Flügelrad entsprechend dem vorgesehenen Messprinzip anströmt.
Einbau und Austausch
Beim Inline-Typ wird der komplette Zähler als Bestandteil der Rohrleitung montiert. Die Anschlussstutzen werden mit den entsprechenden Rohrleitungsanschlüssen verbunden und bilden den Ein- und Auslauf des Messgeräts.
Bei einem Austausch wird in der Regel der vollständige Zähler aus der Rohrleitung entfernt und durch einen geeigneten neuen Zähler ersetzt. Dadurch können das Gehäuse, das Messwerk, die Flügelradlagerung und das Zählwerk als zusammengehörige Einheit gewechselt werden.
Die Inline-Bauweise bietet dabei eine übersichtliche und kompakte Lösung für Installationen, in denen der Zähler direkt in den Rohrleitungsverlauf integriert werden soll. Sie eignet sich insbesondere für dezentrale Verbrauchserfassungen, beispielsweise in Wohnungen, einzelnen Nutzungseinheiten oder vergleichbaren Wasserinstallationen.
