Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Überwachung von Rohr¬ leitungen, welche unter Druck stehende fluide Medien führen, sowie von an der jeweiligen Rohrleitung oder dem Rohrleitungssystem angeschlossenen Verbrauchern mittels Differenzdruckmessung, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für Rohrleitungssysteme, z.B. eine Hauswasserversorgung, sind Anord¬ nungen vorbekannt, welche Sensoren enthalten, die in der Lage sind, ausgelaufenes Wasser zu detektieren. Derartige Sensoren verfügen über eine Alarmeinrichtung, die beispielsweise optisch und/oder akustisch ausgetretenes Wasser signalisiert. In allen Fällen der Anwendung derartiger Sensoren ist jedoch bereits ein Schaden aufgetreten und eine mehr oder minder große Wassermenge befindet sich in einem Gebäude oder einer Wohnung mit allen bekannten Folgeschäden.

Darüber hinaus sind mechanische Absperreinrichtungen vorbekannt, welche beispielsweise im Wasserzuführschlauch von Waschmaschinen, Spülma¬ schinen oder dergleichen Verbrauchern integriert sind. Bei plötzlichen Druckveränderungen, z.B. beim Platzen des Wasserzuführ- schlauchs oder beim Abrutschen dieses aus einer Schlauchtülle, erfolgt ein Schließen des integrierten Ventils. Hierbei kann zwar die austretende Wassermenge minimiert werden, jedoch sind derartige Lösungen des Standes der Technik nicht geeignet, um komplexe Roh rleitungen oder Rohrleitungssysteme mit mehreren angeschlossenen Verbrauchern zu überwachen. Darüber hinaus ist eine Mindestdruckdifferenz notwendig, um eine Ventilbetätigung zu bewirken.

Die DE 196 35 789 Al zeigt eine elektronische Verbrauchsmesseinrichtung von Flüssigkeiten oder Gasen, wobei dort zwei Drucksensoren im Leitungs- wegabschnitt vorgesehen sind, mit deren Hilfe eine Verbrauchsmessung stattfinden kann. Konkret wird dort auf eine Druckdifferenzmessung abgestellt, welche auch zeitgeteilt bewertet werden ka nn. Ergänzend wird in der zitierten Offenlegungsschrift erläutert, dass auch verschiedene Strömungswiderstände in Form von Blenden oder Düsen in die Rohre eingebaut sein können, um eine künstliche Druckerhöhung an bzw. nach den Strömungswiderständen zu bewirken.

Zum Stand der Technik ist noch auf die FR 2 467 388 zu verweisen, welche als Blende eine Venturi-Düse offenbart, die im Bereich von Sensoren vorge¬ sehen ist, wobei die Sensoren nach Art einer Messbrücke geschaltet werden.

Bei der DE 43 08 313 Al ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Durch¬ flussrate eines fluiden Mediums nach dem Differenzdruckprinzip beschrie¬ ben. Dort wird herausgestellt, dass der erforderliche Wirkdruck an einer Drosselstelle durch einen verengten Flussquerschnitt innerhalb einer kurzen Wegstrecke zu erzeugen ist, was jedoch dann, wenn kleinste Durch¬ flussraten bestimmt werden müssen, zu sehr engen Querschnitten führt, mit der Folge möglicher Verstopfungen in der Wirkdruckleitung.

Aus dem vorstehend erläuterten Stand der Technik ist allerdings nur bekannt, die Differenzdruckmessung zum Zweck der Verbrauchsbestimmung bei Flüssigkeiten einzusetzen. Irgendwelche Anregungen, ein diesbezüg¬ liches Verfahren zur tatsächlichen Leckbestimmung unter Beachtung auch sehr starker Druckschwankungen, die vom normalen Verbrauch herrühren, anzuwenden, können den bekannten Lösungen nicht entnommen werden.

Zum Stand der Technik gehören weiter die DE 198 14 903 C2, betreffend ein Verfahren zum vorbeugenden Absperren einer Versorgungsleitung für ein Medium in Abhängigkeit von den Konsumgewohnheiten der Benutzer und Druckmessung in den Leitungen, sowie die DE 197 06 564 Al, gerichtet auf eine Leckwasser-Erfassungs- und Stopeinrichtung für den Haushalt.

Bezüglich der DE 197 06 564 Al, die als gattungsgemäß zu bewerten ist, wird dort auf eine Differenzdruckmessung mit nachgeschalteter Prozessor- unterstützter Druckauswertung abgestellt. Betrachtet man die Offenbarung nach DE 197 06 564 Al, so ist festzuhalten, dass dort ein Absperrkom¬ mando beim Überschreiten eines vorbestimmten Wasseraustritts ausgelöst wird. Es findet also keine spezielle Leckbestimmung statt. Im Gegenteil hierzu wird vorgeschlagen, einen weiteren, den Wasserverbrauch erfassen- den Durchflussmengenzähler vorzusehen, wobei dessen Messdaten im Regelgerät eine Beurteilung für wahre Leckagen ermöglichen sollen.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterent¬ wickeltes Verfahren zur aktiven Überwachung von Rohrleitungen anzu- geben, welche unter Druck stehende fluide Medien führen, sowie von an der jeweiligen Rohrleitung oder dem Rohrleitungssystem angeschlossenen Verbrauchern, wobei auf das an sich bekannte Prinzip der Differenzdruck¬ messung zurückgegriffen wird. Mit dem zu schaffenden Verfahren soll also die Möglichkeit bestehen, ein gesamtes Rohrleitungssystem, z.B. in einem Wohnhaus mit mehreren ganz unterschiedlichen angeschlossenen Verbrauchern, Armaturen, Leitungen und so weiter zu überwachen, wobei gleichzeitig die Möglichkeit besteht, im Alarmfall, d.h. bei erkannter Havarie, eine komplette Absperrung des das fluide Medium führenden Rohrleitungssystems vorzunehmen.

Darüber hinaus ist sicherzustellen, dass eine auf dem Verfahren basierende Anordnung zur aktiven Überwachung kostengünstig herstellbar und mit vertretbarem Aufwand montierbar ist, ohne dass nachteilige Folgen für die Strömungsverhältnisse im System beim Betrieb einer erfindungsgemäß ergänzten Anlage resultieren.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt gemäß Definition nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen beinhalten.

Demnach wird bevorzugt am oder hinter dem Übergabepunkt zwischen Versorgungseinrichtung und Verbraucheranschluss, z.B. dem Haus- anschluss, laufend oder in vorgegebenen Zyklen überprüft, ob über einen vorbestimmbaren Zeitraum ein permanenter und nahezu gleichbleibender Verbrauch vorliegt. In diesem Falle wird auf einen abnormalen Zustand, beispielsweise ein Leck geschlussfolgert und es erfolgt eine Alarmaus¬ lösung und/oder die Absperrung des nachgeordneten Rohrleitungssystems.

Im Leckbestimmungsbetrieb wird ein am oder hinter dem Übergabepunkt vorgesehenes Ventil geschlossen, so dass das nachgeordnete Rohrleitungs¬ system zumindest kurzzeitig abgesperrt ist. In diesem Zustand wird der momentan vorliegende Eingangsdruck ermittelt und abgespeichert. Hier¬ nach wird der Druckabfall unter Rückgriff auf den abgespeicherten Ein¬ gangsdruckwert und den gemessenen Ausgangsdruck bestimmt und es erfolgt eine Überprüfung, ob der bestimmte Druckabfall pro Zeiteinheit einen vorgegebenen Wert überschreitet, woraus auf einen Fehler im Rohrleitungssystem geschlussfolgert wird.

Im sogenannten Zapfbetrieb wird das vorerwähnte am oder hinter dem Übergabepunkt vorgesehene Ventil geöffnet und es erfolgt eine Erfassung von Änderungen der Druckdifferenzen der Druckwerte vor und hinter dem Ventil.

Bei sich über einen vorgegebenen Zeitraum nicht mehr ändernden Druck- differenzwerten erfolgt ein Wechsel der Betriebsmodi. Grundsätzlich wird ein Wechsel zwischen Leckbestimmungsbetrieb und Zapfbetrieb permanent vorgenommen, wobei der Wechsel in Abhängigkeit von ermittelten Druckschwankungen, verursacht durch Verbraucherzapf¬ stellen, ausgelöst wird. Im Regelfall erfolgt der vorerwähnte Wechsel der einzelnen Modi mehrmals innerhalb einer Stunde.

Die Alarmmeldung oder die Alarmweiterleitung kann über ein öffentliches Telekommunikationssystem oder ein Funksignal vorgenommen werden. Denkbar ist hier der Anschluss der Alarmeinrichtung an eine GSM-Wähl- einrichtung oder an eine mit dem Telefon-Festnetz verbundene Anordnung.

Die ermittelten Fehlerwerte aus dem Leckbestimmungsbetrieb werden abgespeichert, wobei eine Alarmauslösung und/oder Absperrung des Systems dann erfolgt, wenn die Fehlersumme, die im Speicher aufaddiert wird, einen Schwellwert überschreitet. Im Falle des Betriebs von Verbrauchern mit beabsichtigter langer, konti¬ nuierlicher Medienentnahme, z.B. zur Gartenbewässerung, wird ein Volumenstrom variierendes Element eingesetzt, wobei dieses Element die verbraucherbedingte Durchflussrate periodisch oder stochastisch ändert.

Anordnungsseitig ist zur aktiven Überwachung von Rohrleitungen, welche unter Druck stehende fluide Medien führen, sowie von an der jeweiligen Rohrleitung oder dem Rohrleitungssystem angeschlossenen Verbrauchern mittels Druckdifferenzmessung am oder hinter dem Übergabepunkt zwischen Versorgungseinrichtung und Verbraucheranschluss eine Reihen¬ schaltung aus einem ersten Drucksensor, einem elektrisch oder hydraulisch betätigbaren Ventil und einem zweiten Drucksensor vorgesehen, wobei eine Steuerelektronik mit den Drucksensoren und der Ventilbetätigungseinrich- tung verbunden ist, um bei erkanntem Druckabfall pro Zeiteinheit nach gesteuerter Ventilabsperrung ein Fehlersignal bereitzustellen.

Das eingesetzte Ventil kann ein pneumatisches Ventil oder ein Magnetventil mit Handhilfsbetätigung sein, wobei die Drucksensoren als Piezosensoren ausführbar sind.

Die Steuerelektronik, welche zur Realisierung des Verfahrens eingesetzt wird, umfasst einen Prozessor, eine Bedieneinheit, eine Stromversorgung und Schnittstellen für anschließbare Peripherie. Zur Vermeidung von Problemen beim Netzausfall kann die Stromversorgung über Sekundärele¬ mente gepuffert werden, d.h. es ist in diesem Fall eine unterbrechungsfreie Stromversorgung vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass ein permanenter und gleichbleibender Wasserverbrauch pro Zeit einen Fehler im überwachten System darstellen kann.

Für die Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Anordnung wird zunächst der Bediener aufgefordert, alle Wasserentnahmestellen zu schließen. Hiernach öffnet sich das vorgesehene Ventil und es findet eine System- kalibrierung statt. Offset-Fehler der eingesetzten Sensoren und Wandlungs¬ fehler werden bei diesem Schritt kompensiert.

Gleiches gilt für Druckschwankungen, gegeben durch den Sensorabstand und die natürlichen Schwankungen des Versorgungsdrucks verursacht durch Verbraucher außerhalb des überwachten Systems oder durch den Wasser- versorger selbst.

Fakultativ kann nun die Dichtigkeit des Gesamtsystems überprüft werden.

Nach dem Schließen des Ventils wird der minimale Druckabfall über einen festgelegten Zeitraum ermittelt. Ein solcher minimaler Druckabfall ist beispielsweise durch tropfende Wasserhähne oder durch WC-Spülkästen gegeben.

In einem nächsten Schritt wird ein maximaler Wasserverbrauch mit der längsten gleichen Flussrate gespeichert. Hierfür wird beispielsweise die Badewanne komplett gefüllt oder es erfolgt eine definierte Zeitvorgabe.

Im Anschluss wird das Ventil geöffnet und die erfindungsgemäße Anord¬ nung ermittelt die maximale Zeitspanne, welche ein Verbraucher ohne Änderungen benötigt.

Im Zapfbetrieb ist das Ventil geöffnet und es wird die Druckdifferenz, gemessen über dem Spaltventil, ermittelt. In diesem Modus wird nur auf die Änderungen der Druckdifferenz abgestellt. Sollte sich die Druckdifferenz während der vorher ermittelten maximalen Zeitspanne nicht mehr geändert haben, so ist entweder kein Verbraucher oder ein perma¬ nenter Verbraucher vorhanden und das System führt einen automatischen Wechsel in einen anderen Betriebsmodus durch.

Der Leckbestimmungsbetrieb wird durch das Absperren der Wasserversor¬ gung mittels Ventil eingeleitet. Weiterhin wird hier der momentane Eingangsdruck abgespeichert, was der exakteren Messung des Druckabfalls innerhalb der Überwachungsstrecke dient, da Störungen von außen nunmehr nicht relevant sind.

Bei geschlossenem Ventil wird der Druckabfall, errechnet aus dem gespei- cherten Eingangsdruck und dem gemessenen Ausgangsdruck mit dem minimalen Druckabfall pro Zeit verglichen. Der minimale Druckabfall pro Zeit wurde bei der Inbetriebnahme bei der Überprüfung der Dichtigkeit des Systems festgelegt bzw. bestimmt.

Sollte dieser Druckabfall pro Zeit überschritten werden, so ist entweder ein Leck im System vorhanden oder ein Verbraucher benötigt für eine längere Zeit Wasser, als im Inbetriebnahmemodus festgelegt wurde.

Das nun erhaltene Ergebnis wird als ein möglicher Fehler des überwachten Systems in einem Speicher festgehalten und der Betrieb geht wieder in den Zapfmodus über.

Sollte jedoch der Druckabfall pro Zeit nicht überschritten werden, so wird von einem ordnungsgemäßen Zustand ausgegangen und es erfolgt ein Löschen des Fehlerspeichers. Das System geht dann wieder in den Zapf¬ modus über.

Wie dargelegt, findet üblicherweise ein permanenter Wechsel zwischen dem Zapf- und dem Leckbestimmungsbetrieb statt. Dieser Wechsel ist jedoch für den Nutzer nicht spürbar, da das Umschalten sehr schnell erfolgt und die Druckabfälle beim Aus- und Einschalten bzw. beim Aktivieren des Ventils sehr gering sind.

Der jeweilige Zustand des überwachten Rohrleitungssystems ist im Fehler- Speicher abgelegt. Sollte mehrfach die Lecksuche mit einem Fehler als Ergebnis beendet worden sein und die addierte Fehlersumme einen einge¬ stellten Wert überschreiten, so wird von einem signifikanten Fehler inner¬ halb der überwachten Rohrleitung bzw. des Rohrleitungssystems ausge¬ gangen. In diesem Falle wird das Ventil dauerhaft geschlossen und es ist eine benutzerseitige Überprüfung bzw. ein Benutzereingriff notwendig. Zur Überbrückung der Schutzfunktion, z.B. bei einem Brand oder einem Gerätedefekt ist bevorzugt eine Handhilfsbetätigung am Ventil im Sinne eines Bypass vorgesehen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Schema der Fluidik-Anordnung und

Fig. 2 bis 5 Flussdiagramme für die verschiedenen Betriebs- bzw. Analysemodi der erfindungsgemäßen Anordnung.

Gemäß Fig. 1 ist die Anordnung zur aktiven Überwachung von Rohr¬ leitungen zwischen einem Hausanschluss 1 und der Wasserverteilung 2 z.B. eines Mehrfamilienhauses eingeschleift.

Die Anordnung umfasst einen ersten Drucksensor A, dem in Flussrichtung ein Magnetventil 3 und ein zweiter Drucksensor B nachgeordnet ist.

Als Drucksensoren A, B finden bevorzugt piezoelektrische Druckaufnehmer Anwendung, welche im Bereich zwischen 0 und 6 bar aktiv sind und einen Stromausgang im Bereich zwischen 4 mA und 20 mA besitzen, der darüber hinaus zur Fehlererkennung nutzbar ist.

Als Ventil 3 wird ein elektromagnetisches Ventil mit indirekter Betätigung und einer Handhilfs-Einstellmöglichkeit eingesetzt.

Die figürlich nicht dargestellte Steuerelektronik ist mit den Drucksensoren A, B und dem Magnetventil 3 verbunden und umfasst eine Anordnung aus Display, Tastern und Schnittstellen bzw. Anschlussmöglichkeiten für Peripherieelektronik, z.B. zur Weiterleitung eines bekannten abnormalen Zustands respektive zur Alarmauslösung. Die Steuerelektronik realisiert die in den Flussdiagrammen gemäß Fig. 2 bis 5 erläuterte Funktionsweise.

Die Beschreibung der einzelnen Flussdiagramme nach Fig. 2 bis 5 gilt als ausdrückliche erfindungswesentliche Offenbarung, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die dortigen Erläuterungen in den Fig. 2 bis 5 verwiesen wird.

Im Inbetriebnahmemodus erfolgt zunächst eine Aufforderung dahingehend, dass alle denkbaren Entnahmestellen, d.h. möglicherweise angeschlossene Verbraucher, geschlossen werden müssen. Im Anschluss an eine o.k.- Bestätigung über eine vorgesehene Bedientastatur der Steuerelektronik wird dann ein Öffnen des Ventils 3 gemäß Fig. 1 eingeleitet. Hiernach erfolgt ein Ermitteln von minimalen und maximalen Werten der Druck¬ sensoren A und B, beispielsweise in einem Zeitraum von 5 Minuten. Diese Messwerte werden gewandelt und in einem systeminternen Speicher abgelegt. Aus diesen Werten erfolgt eine Berechnung des Betrags der maximalen Steigung der Druckdifferenz zwischen Sensor A und B und eine Ermittlung der Mittelwerte aus den minimalen und maximalen Werten für jeden Sensor separat. Aus diesen Werten wird zum einen eine Filterkon¬ stante und zum anderen ein möglicher Offset-Fehler bestimmt.

Wenn kein Dichtigkeitstest notwendig ist, werden Systemstandardwerte für die weitere Auswertung bzw. den weiteren Betrieb der Anordnung genutzt.

Im weiteren Schritt der Inbetriebnahme erfolgt dann das Auslösen eines Wasserverbrauchs mit der längsten gleichen Flussrate oder unter Rückgriff auf die Zeitvorgabe.

Hiernach ermittelt das System die maximale Zeitspanne, welche ein Verbraucher ohne Änderung benötigt. Im Abschluss dieses gegebenenfalls wiederholten Vorgangs wird die Inbetriebnahme beendet und es erfolgt ein Initialisieren eines systeminternen Fehlerzählers. Beim Zapfmodus gemäß Fig. 4 erfolgt das Öffnen des Ventils 3 und es wird die Druckdifferenz gemessen über dem Ventil ermittelt, wobei hier lediglich die Änderungen der Druckdifferenz relevant sind. Dann, wenn wie in Fig. 4 gezeigt, sich die Druckdifferenz während der vorher bestimmten maximalen Zeitspanne nicht mehr ändert, ist entweder kein Verbraucher ange¬ schlossen oder es liegt ein permanenter Verbrauch vor, wobei dann in den Leckbestimmungsbetrieb gemäß Fig. 5 und dem dort gezeigten Flussdia¬ gramm übergegangen wird.

Beim Leckbestimmungsbetrieb wird zunächst die Wasserversorgung mittels Ventil 3 abgesperrt und es erfolgt ein Messen und Abspeichern des Ein¬ gangsdrucks. Nach Zählerinitialisieren wird der Ausgangsdruck ermittelt. Der gespeicherte Eingangsdruck abzüglich Ausgangsdruck ergibt dann die gewünschte und gesuchte Druckdifferenz. Wenn die Druckdifferenz größer als ein vorher definierter Wert ist, wird dies als Fehlerstand abgespeichert. Gleichzeitig erfolgt ein Inkrementieren eines vorgesehen Fehlerzählers. Ist der Fehlerzählerstand beispielsweise größer 4, erfolgt eine Alarmauslösung. Ist dies nicht der Fall, wird die Lecksuche als beendet definiert.

Dann, wenn die Druckdifferenz nicht größer als der vordefinierte Wert ist, erfolgt unter Setzen eines weiteren Zählers eine erneute Überprüfung und Messung des Ausgangsdrucks mit sich anschließender Druckdifferenzbe¬ stimmung. Dieser Vorgang kann sich gemäß Ausführungsbeispiel bis zu 120 mal wiederholen. Ist die maximale Zahl der Überprüfungsroutinen abge¬ wickelt, wird der diesbezügliche Zähler 0 gesetzt und die Lecksuche als beendet erklärt, d.h. es erfolgt ein Übergang in den Zapfbetrieb.

Alles in allem gelingt es mit der vorstehend beschriebenen Anordnung sowie dem zugehörigen Verfahren, eine Überwachung von Rohrleitungs¬ systemen einzurichten, welches neben dem gewünschten Überprüfen aller Verbraucher und der gesamten Rohrleitung noch die Möglichkeit schafft, die Wasserversorgung am Übergabepunkt der zu überwachenden Einrichtung abzustellen, so dass ein eventueller Schaden erfolgreich verhindert werden kann und damit Wasserschäden oder ein hoher anfallender Wasserverbrauch mit entsprechenden Kosten verhinderbar ist.

Bezugzeichenliste

1 Hausanschluss 2 Wasserverteilung A erster Drucksensor B zweiter Drucksensor 3 Magnetventil