Die Erfindung betrifft eine Druckdifferenz-Schalteinrichtung zum Schalten der Heizleistung von hydraulisch gesteuerten Flüssigkeits-Durchlauferhitzern, umfassend einen einen Flüssigkeitseinlaß mit einem Flüssigkeitsauslaß verbindenden Flüssigkeitskanal mit einem in diesem angeordneten Durchströmungskörper zum Erzeugen temporärer Strömungs-Druckdifferenz zwischen Zufluß- und Abflußbereich vor bzw. hinter dem Durchströmungskörper, eine mittels Schaltmembran in eine mit dem Zuflußbereich korrespondierende Überdruckkammer und eine mit dem Abflußbereich korrespondierende Unterdruckkammer unterteilte Membrankammer und einen über ein Betätigungselement mit der Membran verbundenen Schalter. Eine derartige Druckdifferenz-Schalteinrichtung ist Bestandteil von hydraulisch gesteuerten Durchlauferhitzern, die die Heizleistung in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdurchfluß schalten. Die Druckdifferenz-Schalteinrichtung umfaßt einen mechanischen Schalter. Die zum Schalten der elektrischen Kontakte erforderliche Schaltkraft wird durch temporären Differenzdruck, der auf die Schaltmembran wirkt, erzeugt. Es handelt sich hauptsächlich um elektrische Wasser-Durchlauferhitzer, umfassend einen mit einem Kaltwassereinlauf verbundenen Wasserblock, den mit diesem wirkverbundenen Druckdifferenzschalter, mindestens ein mit dem Wasserblock wirkverbundenes Heizelement sowie einen stromabwärts vom Heizelement angeordneten Warmwasseraustritt. Die Funktions- und Baugruppen des Geräts sind unmittelbar oder mittelbar an einer Grundplatte befestigt. Derartige Durchlauferhitzer sind allgemein bekannt.

Zum Erzeugen des temporären Differenzdruckes ist es aus der DE-A-1 242 772 bekannt, im Strömungskanal der Schalteinrichtung einen Durchströmungskörper anzuordnen, der die Strömung bremst, damit temporärer Druckverlust entsteht. Aus unterschiedlichen Drücken vor bzw. hinter dem Einbau resultierende Druckdifferenz bringt über die Membran die Schaltkraft hervor. In bekannten Druckdifferenz-Schalteinrichtungen bildet der Durchströmungskörper ein spezifisch für eine bestimmte Schaltkraft ausgelegtes Einbauteil. Ein solches Einbauteil weist zum Beispiel zweiteilig einen zylindrischen Körper mit Strömungsdurchgängen und einen damit zusammenwirkenden O-Ring auf. Nachteilig ist, daß für unterschiedliche Heizleistungen verschiedener Gerätetypen entsprechend unterschiedliche, jeweils spezifisch ausgebildete und/oder dimensionierte Einbauteile installiert werden müssen. Damit sind erhebliche Herstellungs- und Bereitstellungskosten verbunden. Zum Beispiel werden unterschiedliche Einbauteile farbig markiert und bereitgehalten, um sie in Zuordnung zur Schaltkraft in die Druckdifferenz-Schalteinrichtung einzubauen. Allgemein bestehen für eine Druckdifferenz-Schalteinrichtung der genannten Art besondere Anforderungen. Über dem Durchströmungskörper soll möglichst großer temporärer Druckverlust zum Erzeugen ausreichender Schaltkraft entstehen. Bleibender bzw. irreversibler Druckverlust muß so gering wie möglich gehalten werden. Die Wiederholgenauigkeit des Druckverlustes soll möglichst groß sein, damit der Schaltvorgang zuverlässig und reproduzierbar ist. Zudem ist eine möglichst kleine Schalthysterese anzustreben, um Einschaltpunkt und Ausschaltpunkt weitgehend in Übereinstimmung zu bringen. Bei den bekannten Einrichtungen muß das jeweils anzubringende Einbauteil in bezug auf solche Bedingungen individuell gestaltet und ausgelegt werden. Auch sind Druckdifferenz-Schalteinrichtungen für Durchlauferhitzer bekannt, in denen die Schalteinrichtung für eine bestimmte Leistung jeweils durch die spezifische Ausbildung eines Gehäuseteils der Einrichtung bestimmt wird. So ist es zum Beispiel bekannt, einen Abflußrohrstutzen mit einer Venturidüse auszustatten. Um eine solche Schalteinrichtung für gewünschte Schaltkraft auszulegen, muß ein Teil des Gehäuses besonders konstruiert und geformt werden, so daß Wechseleinsätze in Herstellungswerkzeugen erforderlich sind.

Der Erfindung liegen die Ziele zugrunde, eine Druckdifferenz-Schalteinrichtung zum Schalten der Heizleistung von hydraulisch gesteuerten Flüssigkeitserhitzern zu schaffen, die unter Vermeidung von besonders herzustellenden und bereitzuhaltenden Druckdifferenz-Einbauteilen nach Wahl für unterschiedlich große Schaltkräfte und/oder Geräteleistungen nutzbar sein soll. Die Charakteristika und Funktionen der Schalteinrichtung zum Erzeugen zuverlässig wirkender Schaltkraft, zum Unterdrücken von irreversiblem Druckverlust, zur Wiederholgenauigkeit des Druckverlustes sowie zur weitestmöglichen Verhinderung von Schalthysterese sollen gewährleistet sein.

Die Ziele der Erfindung werden in Verbindung mit den Merkmalen der eingangs genannten Druckdifferenz-Schalteinrichtung dadurch erreicht, daß der Durchströmungskörper derart ausgebildet und in dem Flüssigkeitskanal angeordnet ist, daß er wahlweise in wenigstens zwei Positionen mit unterschiedlichen Drehwinkeln um seine in Strömungsrichtung sich erstreckende Körper-Längsachse bringbar ist, wobei unterschiedliche Drehwinkelpositionen unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte herstellen.

Insbesondere wird mit der Erfindung erreicht, daß ein und dasselbe Einbauteil, nämlich der Durchströmungskörper universell zum angepaßten Betrieb der Schalteinrichtung für unterschiedliche Schaltkräfte bzw. Leistungen nutzbar ist. Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Durchströmungskörper handelt es sich um ein relativ kleines oder sogar winziges Bauelement, das als solches in dem relativ geringen Querschnitt aufweisenden Flüssigkeitskanal angeordnet ist. Dieser Kanal ist leicht zugänglich, so daß die Handhabung des Durchströmungskörpers zum Einsetzen einfach ist und keinen technischen Aufwand erfordert. Der Durchströmungskörper bildet einen Einsatz, der in wenigstens zwei unterschiedlichen Drehwinkelpositionen für entsprechend unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte und damit für durch die jeweilige Position bestimmten temporären Differenzdruck sorgt. Der temporäre Differenzdruck wird unter Geringhaltung des bleibenden Druckverlustes in Anpassung an die jeweils zu erzielende Schaltkraft bzw. Geräteleistung optimiert. Herkömmliche Einbauteile, die individuell zu dimensionieren, herzustellen und für jeden Anwendungsfall besonders bereitzuhalten sind, entfallen. Erfindungsgemäß wird ein und dieselbe Druckdifferenz-Schalteinrichtung ohne zusätzliche Bauteile und/oder Konstruktions-/ Formanpassungen für unterschiedlichen und optimalen Leistungsbetrieb verwendet. Infolgedessen sind Herstellungskosten durch Einsparung von Herstellungsschritten und/oder Werkzeugen erheblich reduziert. Auch für den Fall, daß die Schalteinrichtung mit unterschiedlich ausgeführten oder ausgelegten Schaltern montiert wird, bleibt davon die erfindungsgemäße Gestaltung des Flüssigkeitskanals mit ein und demselben, in seinen Drehwinkelpositionen unterschiedlich einstellbaren Durchströmungskörper unberührt. Im ganzen ist eine Druckdifferenz-Schalteinrichtung erreicht, die herstellungstechnisch optimiert, kostengünstig, funktionszuverlässig und mit sämtlichen Anforderungen gerecht werdenden Funktionseigenschaften zum Erzeugen unterschiedlicher Schaltkräfte bzw. zur Verwendung für unterschiedliche Durchlauferhitzer-Gerätetypen und/oder Leistungen zur Verfügung steht.

In bevorzugter Erfindungsgestaltung ist der Durchströmungskörper stufenweise in wenigstens zwei Drehwinkelpositionen setzbar. Man erreicht dadurch klar abgegrenzte, einfach prüfbare und erkennbare sowie reproduzierbare Positionen mit zugehörigen, genau vorgegebenen Durchströmungsquerschnitten. Besonders vorteilhaft und zweckmäßig wird der Durchströmungskörper so gestaltet und angeordnet, daß er entnehmbar in wenigstens zwei Einsetzpositionen in den Flüssigkeitskanal einsetzbar ist. So kann die erfindungsgemäße Druckdifferenz-Schalteinrichtung insbesondere auch vor Ort an die Schalt-/Leistungsanforderung angepaßt werden. Obgleich andere Einsetzmöglichkeiten in den Flüssigkeitskanal denkbar sind, ist es erfindungsgemäß von besonderem Vorteil, wenn der Durchströmungskörper durch den Flüssigkeitseinlaß hindurch einsetzbar und herausnehmbar ist. Der Durchströmungskörper läßt sich so besonders einfach positionieren und in seiner Position verändern. Eine bevorzugte Gestaltung besteht darin, daß der Durchströmungskörper mit einem zum Einlaß hin hervorstehenden Handhabungselement zum Einsetzen und Entnehmen ausgebildet ist. Ein solches Handhabungselement, zweckmäßig in Form einer flachen Lasche oder Fahne, läßt sich bequem im Bereich des Flüssigkeitseinlasses erfassen.

Eine bevorzugte, besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Durchströmungskörper wenigstens einen längs des Körpers durchgehenden Durchströmungsweg aufweist und der Kanal-Abflußbereich hinter dem Durchströmungskörper durch eine an letzteren angrenzende Strömungsdurchbohrung gebildet ist, wobei der Durchströmungsquerschnitt des Durchströmungskörpers in Abhängigkeit von dessen Drehwinkelposition mit dem Durchströmungsquerschnitt der Strömungsdurchbohrung in unterschiedliche Überdeckungen gelangt. Um solche unterschiedlichen Überdeckungsgrade auf besonders einfache Weise zu realisieren, wird der Durchströmungskörper in bezug auf die an ihn angrenzende Kanal-Strömungsdurchbohrung exzentrisch gelagert. Zweckmäßig wird der Durchströmungsweg des Durchströmungskörpers als in den Bereich der Körpermitte gerichtete, am Körper-Längsumfang offene Nut ausgebildet, die besonders vorteilhaft als Radialnut vorgesehen wird, deren Radialtiefe vorzugsweise wenigstens annähernd dem halben Querschnittsdurchmesser der Strömungsdurchbohrung entspricht. Es ist gefunden worden, daß man bereits mit einer einzigen Durchströmungs-Nut hinsichtlich Strömungsdurchsatz bzw. -bremsung mit Änderung des Überdeckungsgrades in weitem Bereich hervorragende Ergebnisse erzielt.

Zum Beispiel ist es ohne weiteres möglich, den Überdeckungsgrad und damit den wirksamen Durchströmungsquerschnitt mit einer Drehwinkelverstellung um 180° zu verdreifachen. In jedem Fall bleibt der Durchströmungskörper, vorteilhaft in Form eines einteiligen Profilstückes, frei von druckverformbaren Elementen. Anders als zum Beispiel bei einem Einbauteil mit auf Druck ansprechendem, sich verformendem O-Ring wird einerseits Verschleiß vermieden, und andererseits erreicht man in besonderem Maß andere Vorteile wie geringen reversiblen Druckverlust, Wiederholgenauigkeit des Druckverlustes sowie kleine Schalthysterese.

In besonderer erfindungsgemäßer Ausgestaltung ist der Durchströmungskörper durch einen mit der Körperlängsachse sich erstreckenden Prismenkörper gebildet, und der Flüssigkeitskanal weist eine im Kanalquerschnitt mehrkantige Innenwand auf, die einen Mehrfach-Lagersitz zur entnehmbaren Steckaufnahme des Prismenkörpers in wahlweise wenigstens zwei unterschiedlichen Drehwinkelpositionen bildet. Zweckmäßig kann der Prismenkörper durch ein gerades regelmäßiges Prisma gebildet werden. Eine besonders geeignete Ausführungsform besteht darin, daß der Prismenkörper eine sechseckige Querschnitts-Grundfläche aufweist und die Mehrkant-Innenwand des Lagersitzes mit sternförmigem Querschnitt derart gestaltet ist, daß der Prismen-Durchströmungskörper mit 30°-Drehwinkelschritten bzw. -stufen in seinen Drehwinkelpositionen versetzbar ist. Bei Bedarf können andere Abstufungen vorgesehen werden.

Unteransprüche sind auf die genannten und noch andere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gerichtet. Besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsformen oder -möglichkeiten der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1

einen Querschnitt in der vertikalen Mittenebene des Gehäuses einer erfindungsgemäßen Druckdifferenz-Schalteinrichtung,

Fig. 2

in Ansicht die Einlaßseite der Druckdifferenz-Schalteinrichtung der Fig. 1,

Fig. 3

einen aus Fig. 2 ersichtlichen Flüssigkeitseinlaß im Detail,

Fig. 4

in axonometrischer Darstellung die Druckdifferenz-Schalteinrichtung der Fig. 1 und 2 mit einem Prismen-Durchströmungskörper in zum Einsatz in die Einrichtung orientierter Position und

Fig. 5

wahlweise Positionsstellungen des Durchströmungskörpers in der Druckdifferenz-Schalteinrichtung.

Gemäß Fig. 1, 2 und 4 umfaßt eine erfindungsgemäße Druckdifferenz-Schalteinrichtung 1 ein Gehäuse mit einem Unterteil 11 und einem Oberteil 12, einen in dem Unterteil 11 in dessen vertikaler Mittenebene verlaufenden Wasserkanal 2 mit Wassereinlaß 21 und Wasserauslaß 22, eine zwischen dem Gehäuseunterteil 11 und dem Gehäuseoberteil 12 ausgebildete Membrankammer 3 sowie einen elektrischen Leistungsschalter 4. Eine Schaltmembran 33 unterteilt die Kammer 3 in eine Überdruckkammer 31 und eine Unterdruckkammer 32. Die Überdruckkammer 31 weist eine Bodenwand 34 auf, unter der der Wasserkanal 2 verläuft. Unterdruckseitig ist die Schaltmembran 33 mittig mit einem tellerartigen Metallfuß versehen, der mittig einen Schaltstößel 13 lagert, der aus einer Wanddurchführung des Gehäuse-Oberteils 12 herausragt, um dort zur Betätigung des Schalters 4 gegen eine mit Druckfeder 41 belastete Schaltwippe 42 zu arbeiten. Bei Überdruckbeaufschlagung der Membran 3 tritt der Stößel 13 aus dem Oberteil 13 hervor, so daß über die Wippe 42 Schaltkontakte wenigstens eines Paares Kontaktfahnen 43 geschlossen werden. Ein oder mehrere Kontaktpaare 43 schalten den Stromkreis von wenigstens einem elektrischen Heizelement eines Wasserdurchlauferhitzers, an dessen Leistung über den Stößel 13 aufgebrachte Schaltkraft anzupassen ist. In eine Wasserzuleitung, die einen mittels Heizelement beheizbaren Wasserblock des Durchlauferhitzers speist, ist die Druckdifferenz-Schalteinrichtung mit dem Wasserkanal 2 geschaltet, um das Gerät bei Wasserabforderung einzuschalten.

In dem Wasserkanal 2 ist ein erfindungsgemäßer Durchströmungskörper 5 angeordnet. Abflußseitig weist der Wasserkanal 2 eine Strömungsdurchbohrung 23 auf, die in einer Endfläche 230 mündet, gegen die der Durchströmungskörper 5 gesetzt ist. Im Zuflußbereich, das heißt in Strömungsrichtung S vor dem Durchströmungskörper 5, weist die Bodenwand 34 eine lochartige Bohrungsöffnung 311 auf, über die der Zuflußbereich mit der Überdruckkammer 31 verbunden ist. Im Abflußbereich hinter dem Durchströmungskörper 5 ist die Strömungsdurchbohrung 23 über eine Unterdruckdurchbohrung 321 und eine Verbindungsleitung 322 mit der Unterdruckkammer 32 verbunden. Wie noch näher beschrieben wird, wirkt der Durchströmungskörper 5 mit der Strömungsdurchbohrung 23 zusammen, um in dem Kanal 2 temporären Differenzdruck zwischen den Bohrungen 311 und 321 zur Druckbeaufschlagung der Schaltmembran 33 über die beiden Kammern 31, 32 zu erzeugen.

Im Zuflußbereich ist vor der Endwand 230 ein Lagersitz 6 für den Durchströmungskörper 5 vorgesehen. Der Lagersitz 6 ist durch eine im Kanalquerschnitt mehrkantige Kanal-Innenwand 61 gebildet. Wie im Detail aus Fig. 2, 3 und 5 hervorgeht, ist die Lagerwand 61 mit regelmäßigen polygonen Wandabschnitten 24-eckig. Der Durchströmungskörper 5 weist mit dem Sitzquerschnitt korrespondierende Körperform auf. Wie man im Detail aus Fig. 4 und 5 erkennt, ist der Durchströmungskörper 5 im wesentlichen durch ein grades regelmäßiges Prisma mit hexagonalem Querschnitt gebildet. Eine Fläche der hexaedrischen Umfangsfläche ist mit einer Radialnut 51 offen. Die Radialtiefe der Nut 51 entspricht dem halben Querschnittsdurchmesser der Strömungsdurchbohrung 23. Die Radialnut 51 bildet zugleich eine Axialnut, die längs des Körpers 51 durchgehend ausgebildet ist. Dadurch entsteht ein axialer Durchströmungsweg in dem Körper 51. Von besonderem Vorteil ist, daß der einteilige Prismen-Durchströmungskörper 5 einstückig und nicht druckverformbar ist. Dieser ist zweckmäßig wie die Gehäuseteilel 1, 12 aus Hartkunststoff gefertigt.

Wie insbesondere aus Fig. 2, 3 und 5 deutlich wird, sind der Lagersitz 6 und die Strömungsdurchbohrung 23 im Profilquerschnitt exzentrisch zueinander angeordnet und ausgebildet. Das heißt, daß die Längsachse 20 der Strömungsdurchbohrung 23 und die Mittenachse 60 des Lagersitzes 6 radial und parallel zueinander versetzt sind. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, fällt die Hauptachse 50 des in den Sitz 6 eingesetzten Prismen-Körpers 51 mit der Lagerachse 60 zusammen, und zwar in jeder Drehwinkelposition.

Wie anhand der Fig. 5 dargestellt, bildet der Lagersitz 6 für den Prismen-Körper 51 eine Steckaufnahme, in der der Körper 51 in zwölf Drehwinkelpositionen entnehmbar einsetzbar ist, so daß zwölf Einsatzpositionen mit einer Drehstufung in Drehwinkelschritten von 30° erreicht sind. Infolge der Exzentrizität zwischen der Strömungsdurchbohrung 23 und dem Lagersitz 6 bzw. dem Prismen-Körper 51 entstehen im Ausführungsbeispiel zwölf unterschiedliche Überdeckungspositionen mit sechs unterschiedlichen, schraffiert dargestellten Überdeckungsgraden 24 zwischen der Öffnung der Bohrung 23 in der Wand 230 und der endseitigen Öffnung der U-förmigen Nut 51 in der an der Endwand 230 anliegenden Stirnwand des Prismen-Körpers 51. Man erkennt, daß in einer ersten mit 0° definierten Position maximale Durchströmung erreicht wird und der Überdeckungsgrad in jeder gleichsinnig nachfolgenden Drehwinkelposition im 30°-Drehabstand bis zur 180°-Position abnimmt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, gelingt es mit dem Verhältnis der Querschnittsgeometrie zwischen dem Kreisquerschnitt der Bohrung 23 und dem Sechseck-Querschnitt des Körpers 51 sowie mit dem Querschnittsverhältnis zwischen der Nut 51 und der Bohrung 23 ohne weiteres, den Überdeckungsgrad 24 in der 120°-Position etwa zu halbieren und in der 150°-Position und der 180°-Position noch weiter zu verkleinern. Mit gleichsinnig fortgesetzten 30°-Stufenpositionen von 210° bis 360° wird der Überdeckungsgrad dann wieder um ca. 150 % vergrößert. Entsprechend ist die Durchströmungsmenge in den einzelnen Stufen unterschiedlich, so daß die temporäre Druckdifferenz stufig von einem Minimalwert (0°-Stufe) bis zu einem Maximalwert (180°-Stufe) vorgegeben und nach Wahl vorgesehen wird. Zum Beispiel weist die Strömungsdurchbohrung 23 einen Kreisdurchmesser von ca. 6 mm auf, und der größte Querschnittsdurchmesser der Sitzaufnahme ist etwa doppelt so groß. Mit dieser Geometrie erzielt man im Ausführungsbeispiel nach Maßgabe auch der Dimensionierung der Radialnut 51 durchaus Strömungsüberdeckungsgrade 24 im Bereich von ca. 3 mm² bis 15 mm². Es ist gefunden worden, daß die Geometrie mit Maßen der genannten Bereiche für die Erfindung besonders geeignet ist.

Zur besonders einfachen Handhabung weist der Prismen-Durchströmungskörper 5 eine einstückig mit ihm ausgebildete flache Lasche oder Fahne 52 auf, die am Rand einer Stirnseite des Körpers 5 achsparallel hervorragt und als solche ein Handhabungselement zum leichten und bequemen Erfassen des Körpers 5 bildet. Mittels der Lasche 52 kann der Körper 5 relativ weit in den Kanal 2 bzw. die Steckaufnahme des Sitzes 6 hineingebracht bzw. daraus entnommen werden. Man erreicht, daß der Einlaßbereich relativ weiträumig frei von dem Nutteil des Prismenkörpers 5 bleibt und die Schulterwand 230 zur Anlage des Körpers 5 an der anderen Stirnseite relativ weit nach innen im Mittenbereich des Unterteils 11 vorgesehen werden kann.

Der Körper 5 wird an der Lasche 52 erfaßt und je nach Schalt-/Leistungsanforderung in eine der beschriebenen Winkel-Stufenpositionen gesetzt. Ein und dieselbe Schalteinrichtung 1 wird einerseits durch die Wahl der Sitzposition ein und desselben Durchströmungskörpers 5 an Typ bzw. Leistung des mit der Einrichtung 1 betriebenen Durchlauferhitzers angepaßt und eingestellt, und andererseits kann bei Bedarf auch vor Ort eine verändernde Anpassung durch Entnahme des Körpers 5 und Wiedereinsetzen in geänderter Stufenposition vorgenommen werden.

Der Prismenkörper 51 wird so ausgebildet und angeordnet, daß die Überdruckbohrung 311 in jeder Einsatzposition ausreichend frei bleibt. Zu diesem Zweck kann im Bereich der Bohrung 311 an der Wand 34 des Kanals 2 eine aus Fig. 1 bis 3 hervorgehende Vertiefung 62 ausgebildet werden, die die Bohrung 311 frei läßt, wenn der Körper 51 mit der Lasche 52 z.B. in die in Fig. 5 dargestellte 240°-Position gesetzt wird.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung können die Lasche 52 oder ein anderer geeignet geformter Ansatz vorteilhaft auch so angeordnet werden, daß die Lasche 52 bzw. der Ansatz in wenigstens einer Drehwinkelposition, z.B. in den 210°-, 240°- und 270°-Positionen in Fig. 5, eine auf die temporäre Druckdifferenz definiert einwirkende Überdeckung der Überdruckbohrung 311 bewirken.