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Rechengerät für Rohrleitungsnetzberechnungen Zur Berechnung von Rohrleitungsnetzen sind mannigfache Rechenhilfsmittel in Gebrauch, die entweder unhandlich und wenig haltbar sind, wie Tabellen, Nomogramme und dergleichen, oder beispielsweise Rechenschieber, die zwar einfach in der Handhabung, dafür aber weniger genau sind, die ebenfalls einem raschen Verschleiss unterliegen und deren es stets mehrerer bedarf, um alle zu errechnenden Grössen bestimmen zu können.
Zur Durchführung von Rohrleitungsnetzberechnun- gen, insbesondere für Heizungsanlagen, fehlte bisher ein Rechengerät, das ohne Zuhilfenahme weiterer Rechenhilfsmittel eine rasche Berechnung aller erforderlichen Werte mit einer Genauigkeit ermöglicht hätte, wie sie auch mit Hilfe von grossflächigen Nomogrammen erzielt werden kann. Es ist zwar grundsätzlich möglich, einen Rechenstab oder eine Rechenscheibe mit allen jenen Skalen auszustatten, die für die Ermittlung sämtlicher wärmetechnischen und strömungstechnischen Grössen im Rahmen der gestellten Aufgabe erforderlich sind, jedoch würde sich dadurch ein Rechenhilfsmittel ergeben, das weder handlich noch übersichtlich genug ist.
Auch die Herstellungskosten für ein Rechengerät dieser Art sollen nicht hoch liegen, da solche Rechenhilfsmittel von Herstellerfirmen für Rohrleitungsnetzkomponenten vielfach unentgeltlich an zahlreiche Installationsunternehmungen abgegeben werden. Zumeist sind Rohrnetzrechenschieber denn auch aus kostensparenden Werkstoffen hergestellt, beispielsweise aus Karton.
Es wurde gefunden, dass sich der Verwendungsbereich eines Rechengerätes der hier in Rede stehenden Art auf alle bei Rohrleitungsnetzberechnungen vorkommenden Rechenoperationen ohne Beeinträchtigung der Handlichkeit und übersichtlichkeit erweitern lässt, wenn durch Beachtung gewisser funktioneller Zusammenhänge einigen Skalen eine Doppelbedeutung zugemessen wird.
Ein Rechengerät für Rohrleitungsnetzberechnungen, insbesondere für Heizungsanlagen, mit wenigstens drei relativ zueinander beweglichen Einstellelementen, deren eines als Läufer mit einer geradlinigen Ablesemarke ausgebildet ist, und deren wenigstens zwei Skalenträger sind, die Skalen zur Ermittlung von wärmetechnischen und strömungstechnischen Grössen sowie Einstellmarken in gegenseitiger funktioneller Zuordnung aufweisen, wobei auf einem ersten Skalenträger eine Skala für den Wasserdurchfluss, eine Skala für die Wassergeschwindigkeit und eine Skala für den Widerstandsbeiwert von Einzelwiderständen angebracht ist,
während ein zweiter Skalenträger eine Skala für die Rohrnenn- weite mit einer Marke beim Zahlenwert 18,8 mm sowie eine Skala für den Druckabfall von Einzelwiderständen mit einer Marke beim Zahlenwert 10 mWS besitzt, ist demnach erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der Skalenwert Eins der Skala für den Widerstandswert s und der Skalenwert 14,2 der Skala für den Wasserdurchfluss auf ein und derselben Ablese geraden liegen,
die mit der Ablesemarke des Läufers zur Deckung gebracht werden kann und damit die Skala für den Wasserdurchfluss zugleich als Skala für einen Ven- tilkennwert k und die Skala für den Druckabfall von Einzelwiderständen zugleich als Skala für den Druckabfall von Ventilen dient.
Ferner wurde erkannt, dass sich bei Verwendung sehr einfacher mechanischer Mittel nur durch einen Aufbau des Rechengerätes aus scheibenförmigen Skalenträgern mit einem gemeinsamen, im Zentrum derselben liegenden Drehpunkt und auf diesen angeordneten kreisbogenförmigen konzentrischen Skalen eine genügend genaue gegenseitige Beweglichkeit der Skalenträger erzielen lässt, was überdies die vorteilhafte Möglichkeit bietet, mit vertretbarem wirtschaftlichem Aufwand Kunststoffe als Werkstoff für das Rechengerät zu verwenden.
Einzelheiten der Erfindung gehen aus dem im folgenden anhand der Zeichnungsfiguren beschriebenen Ausführungsbeispiel hervor.
Es zeigen: Fig. 1 Teile eines Rechengerätes, Fig. 2 und 3 je einen Skalenträger mit Skalen und
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Fig. 4 eine vollständige Rechenscheibe.
In der Fig. 1 sind die Einstellelemente eines als Rechenstab ausgebildeten Rechengerätes veranschaulicht, nämlich ein erster Skalenträger 1, ein zweiter Skalenträger 2 und ein Läufer 3 mit einer geradlinigen Ablesemarke 4. Von mehreren Skalen, die ein Rechengerät dieser Art besitzt, sind in der Fig. 1 nur einige auszugsweise aufgetragen und mit Kursivzahlen beschriftet, und zwar eine Skala 5 für den Wasserdurch- fluss von 0.1 bis 100 Kubikmeter pro Stunde, eine Skala 6 für die Wassergeschwindigkeit von 0,1 bis 4 Meter pro Sekunde und eine Skala 7 für den Widerstandsbeiwert s X 1 bis 20 von Einzelwiderständen auf dem Skalenträger 1.
Demgegenüber befinden sich auf dem Skalenträger 2 eine Skala 8 für Rohrnennweiten von 10 bis 50 Millimeter mit einer Marke 9 beim Skalenwert 18,8 mm sowie eine Skala 10 für den Druckabfall von Einzelwiderständen von 0,1 bis 100 Meter Wassersäule mit einer Marke 11 beim Skalenwert 10 mWS.
Die Verwendung und Teilung der bisher erwähnten Skalen 5 bis 8 und 10 und der Marken 9 und 11 ist bekannt. Als neu und wesentlich wird nun die gegenseitige Zuordnung der auf dem Skalenträger 1 befindlichen Skalen 5 und 7 funktionell derart festgelegt, dass der Skalenwert Eins der Skala 7 und der Skalenwert 14,2 der Skala 5 auf ein- und derselben Ablesegeraden 12 liegen, welche mit der Ablesemarke 4 des Läufers 3 zur Deckung gebracht werden kann. Durch diese Mass- nahme ergibt sich die Möglichkeit, die Skala 5 für den Wasserdurchfluss zugleich als Skala zur Bestimmung des Ventilkennwertes ky und die Skala 10 für den Druckabfall von Einzelwiderständen zugleich als Skala für die Ermittlung des Druckabfalles von Ventilen zu verwenden.
Dies erweitert die Anwendbarkeit eines Rechengerätes der hier in Rede stehenden Art auf alle im Zusammenhang mit Rohrleitungsnetzberechnungen für Heizungsanlagen vorkommenden Rechenoperationen.
Der angegebene funktionelle Zusammenhang der Skalen 5 und 7 beruht auf der Überlegung, dass ein Ventil mit einem Ventilkennwert von kv = 14,2 den gleichen Druckabfall bewirkt wie ein Einzelwiderstand mit dem Widerstandsbeiwert s 1 bei einem Wasser- durchfluss von G = 1 m3/h.
Die Definition und der Gebrauch des Ventilkennwertes kv sind in den VDI/VDE-Richtlinien 2173 vom September 1962 unter dem Titel Strömungstechnische Kenngrössen von Stehventilen und deren Bestimmung umschrieben. Die vorliegenden Rechenprobleme werden im übrigen in dem fachtechnischen Standardwerk Heiz- und Lüftungstechnik von Rietschel-Raiss erschöpfend behandelt und sind dem Fachmann geläufig.
Obwohl es grundsätzlich möglich ist, ein Rechengerät der beschriebenen Art als Rechenstab auszubilden, erfordert eine derartige Konstruktion einen unerwünscht grossen Aufwand an feinmechanischer Präzision, wenn ein qualitativ hochwertiges und genau arbeitendes Rechengerät hergestellt werden soll.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen nur die zur Lösung der gestellten Aufgabe für den praktischen Gebrauch bestgeeignete Form des Rechengerätes und die Anordnung der erforderlichen Skalen. Teile, die den in den Fig. 1 dargestellten entsprechen, sind in den Fig. 2 bis 4 mit gleichen Bezugszahlen wie in der Fig. 1 bezeichnet.
In der Fig. 2 ist eine mit kreisbogenförmigen konzentrischen Skalen bedruckte, aus undurchsichtigem Werkstoff, vorzugsweise aus weissem Kunststoff bestehende Scheibe gezeichnet, die den ersten Skalenträger 1 bildet. Die Dicke der Scheibe beträgt etwa 11/2 mm, ihr äusserer Durchmesser ca. 200 mm. Man erkennt die Skala 5 für den Wasserdurchfluss, hier bezeichnet mit Durchfluss G und geteilt in 0,01 bis 1000 m3/h, die gleichzeitig Skala für den Ventilkennwert k,. ist.
Die Skala 6 für die Wassergeschwindigkeit erscheint in der Fig.2 mit dem gleichen Teilungsumfang wie in der Fig.l und trägt die Beschriftung Geschwindigkeit , während die Skala 7 für den Widerstandsbeiwert s von Einzelwiderständen mit dem Buchstaben J bezeichnet ist. Ferner befinden sich auf dem Skalenträger 1 noch eine Skala 13 für die Wärmeleistung und eine Skala 14 für das Druckgefälle. Anordnung und Gebrauch der Skalen 13 und 14 sind bekannt.
Der scheibenförmige Skalenträger 1 besitzt eine zentrale Bohrung 15. Ausserdem ist sein äusserer Rand 16 mit Vorteil auf einer radialen Breite von etwa zwei Millimeter über die mit den Skalen 5, 6, 7, 13 und 14 versehene Fläche ringsum um etwa 0,2 mm wallförmig erhöht, so dass die Skalenebene gegenüber dem Rand 16 eine flache Vertiefung bildet.
Die Fig. 3 veranschaulicht den zweiten Skalenträger 2, der ebenfalls als Scheibe ausgebildet ist und eine zentrale Bohrung 17 besitzt. Der Durchmesser eines äusse- ren Randes 18 des Skalenträgers 2 entspricht dem grössten Durchmesser des Skalenträgers 1 (Fig. 2). Als Werkstoff für den Skalenträger 2 dient glasklarer Kunststoff, der in einem inneren Bereich 19 und im Bereich eines Kreisringes 20 mit einer undurchsichtigen Farbschicht unterlegt ist.
Durch den glasklaren Werkstoff sichtbar befinden sich auf den undurchsichtigen Farbschichten die Skala 8 für die Rohrnennweiten von 3/8 Zoll bis 200 mm, mit den Skalenbezeichnungen E und F doppelt, jedoch in unterschiedlichen Massstäben aufgetragen, wobei die Marke 9 entsprechend einem Rohrdurchmesser von 18,8 mm auf dem mit E bezeichneten Teil der Skala 8 liegt.
Die Anordnung undurchsichtiger Zonen auf dem Skalenträger 2 gestattet, die Teilstriche der Skalen des Skalenträgers 1 mit einer solchen Länge aufzutragen, dass diese im zusammengebauten Zustand der Rechenscheibe teilweise von den Farbzonen abgedeckt werden, so das allfälligen seitlichen Verschiebungen der beiden Skalenträger 1 und 2 gegeneinander die korrespondierenden Teilungen stets scharf aneinandergrenzen.
Auf dem Skalenträger 2 erkennt man ferner die Skala 10 für den Druckabfall in mWS durch Einzelwiderstände, die gleichzeitig als Skala für den Druckabfall A\p, am Regelventil dient und die mit der Marke 11 beim Skalenwert 10 mWS versehen ist. Ausserdem weist der Skalenträger 2 eine - an sich bekannte - Skala 21 für die Temperaturdifferenz auf.
Alle Skalen und Beschriftungen sind in die Skalenträger 1 bzw. 2 mit Vorteil eingeprägt und verschiedenartig gefüllt. wobei sich die Prägungen auf den einander zugewandten Flächen der Skalenträger befinden.
Die Fig.4 vermittelt eine Gesamtansicht des Rechengerätes, das aus dem Skalenträger 1, dem Skalenträger 2 sowie dem hier kreissektorförmigen Läufer 3 mit der Ablesemarke 4 besteht. Als gemeinsamer Drehpunkt 22 der Rechenscheibe dient ein Drehzapfen, beispielsweise ein abgesetzter Niet, auf den zuerst der Skalenträger 1 als Grundkörper, sodann der Läufer 3 und zuletzt der Skalenträger 2 mit ihrer zentralen Bohrung aufgestreckt sind.
Durch den wallförmig erhöhten Rand 16 (Fig. 2) des Skalenträgers 1 wird erreicht, dass sich die einander zugekehrten Skalenflächen beider Skalen-
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träger 1 und 2 nicht berühren, so dass beim gegenseitigen Verdrehen der Skalenträger 1 und 2 keine Schleifspuren im Bereich der Skalen oder auf dem Läufer 3 im Bereich seiner Ablesemarke 4 entstehen können. Die konzentrische Führung der drei gegeneinander verdrehbaren Teile 1, 2 und 3 mittels eines Drehzapfens kann mit einfachen Herstellungsverfahren sehr genau ausgeführt werden: trotz Anwendung einfachster mechanischer Mittel ist daher eine gute Präzision des Rechengerätes gewährleistet.
Zudem sind scheibenförmige Skalenträger der beschriebenen Art aus hochwertigen Werkstoffen, insbesondere aus Kunststoffen, mit fertigungstechnisch geringem Aufwand herstellbar, ohne dass Zugeständnis an die Oberflächengüte und die Sauberkeit der Ausführung gemacht werden müssen. Die den Scheiben eigene Steifigkeit erlaubt, mit verhältnis- mässig geringen Werkstoffdicken, d. h. mit kleinem Materialeinsatz eine Stabilität und einen Gebrauchswert des Rechengerätes zu erzielen, die den Bedürfnissen der Praxis vollauf gerecht werden.
Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, dass die korrespondierenden Skalen 13 und 21 (vgl. auch die Fig. 2 und 3) logarithmische Teilungen aufweisen und dank der Festlegung ihrer Zahlenwerte unmittelbar zu Multiplikationen bzw. Divisionen, die sich im Verlaufe einer Berechnung als erforderlich erweisen, verwendet werden können, so dass sich die zusätzliche Benützung eines üblichen Rechenstabes erübrigt, wobei natürlich beide Skalen 13 und 21 beliebig bis zum Wert 1 verlängert sein können.
Die im inneren Bereich 19 des Skalenträgers 2 (Fig. 3) verbleibende Fläche lässt sich mit Vorteil zum Aufdruck von Benützungshinweisen, vergleiche die Fig.4, sowie zum Anbringen von Werbeaufdrucken usw. ausnützen.
Wie bereits erwähnt, gehört der Umgang mit Rechengeräten für Rohrleitungsnetzberechnungen zur Routine des in diesem Fachgebiet tätigen Projektbe- rechners, und dieser ist vermöge seiner Sachkenntnis und Erfahrung ohne weiteres in der Lage, die hier beschriebene Rechenscheibe richtig anzuwenden. Die in der Fig. 4 sichtbare Gebrauchsanleitung dient lediglich als Gedächtnisstütze. Im folgenden wird dennoch eine kurze Anleitung für die Ermittlung des Druckabfalles von Ventilen bzw. des Ventilkennwertes kv gegeben.
Zunächst wird in bekannter Weise die für eine Heizungsanlage zugrundegelegte Temperaturdifferenz #t zwischen Vor- und Rücklauf auf der Skala 21 und die Wärmeleistung der Anlage auf der Skala 13 zur übereinstimmung gebracht, allenfalls unter Zuhilfenahme der Ablesemarke 4 des Läufers 3. Sodann ist die Able- semarke 4 auf den aus Konstruktionsdaten bekannten Ventilkennwert kv auf der Skala 5 einzustellen und der von der Ablesemarke 4 auf der Skala 10 erfasste Zahlenwert abzulesen; dieser gibt unmittelbar den Druckabfall über dem Regelventil in mWS an.
Der Ventilkennwert kv ist zu ermitteln, wenn die für eine Anlage bestgeeignete Ventilgrösse festgelegt werden soll. Man stellt in diesem Fall zuerst die Ablesemarke 4 des Läufers 3 auf den gegebenen Wert für den Druckab- fall über dem Regelventil auf der Skala 10 ein und liest den zugehörigen kv-Wert auf der Skala 5 ab. Voraussetzung ist natürlich, dass die gegebene Temperaturdifferenz auf der Skala 21 und die gegebene Wärmeleistung auf der Skala 13 vorher in bekannter Weise durch gegenseitiges Verdrehen der Skalenträger 1 und 2 einander gegenübergestellt worden sind.
Anstatt von der Temperaturdifferenz und der Wärmeleistung auszugehen, können die vorstehend beschriebenen Rechengänge auch mit Hilfe der aus diesen Grössen vielleicht schon in einem früheren Rechengang bestimmten Durchfluss- menge durchgeführt werden. Es ist dann lediglich die Marke 11 der Skala 10 mit dem Zahlenwert der Durch- flussmenge auf der Skala 5 in übereinstimmung zu bringen und weiter wie bereits beschrieben zu verfahren.