Das Ultraschall-Prinzip bei Durchflusssensoren ist im Grunde nichts Neues, doch bisher war der Stückpreis zu hoch und die Geräte zu groß für den Einsatz in einem massentauglichen Gas-Wandgerät. Der Sensorentwickler und Hersteller Allengra konnte mit Hilfe des Chipherstellers Acam einen voll funktionsfähigen Sensor in kompaktem Design an Viessmann, einen bekannten Hersteller von Heiztechnik-Systemen, liefern. Viessmann ist damit der erste Hersteller von Gas-Wandgeräten, der einen Ultraschall-Durchflusssensor in eine seiner Gerätefamilien integriert hat.

Effizienzsteigerung der Heizungsanlage um bis zu 15 Prozent

Erster funktionsfähiger Prototyp eines Volumenstromsensors.

Bei herkömmlichen Gas-Brennwertgeräten muss mit Hilfe eines Bypasses ein Kesselmindestvolumenstrom eingehalten werden, damit es bei einer plötzlichen Verringerung der Wärmeabnahme, und damit verbundenen Verringerung des Volumenstroms während der Brennerlaufzeit nicht zur Überhitzung der Geräte kommt. Wird weniger Wärme vom Heizsystem abgenommen als das Gerät gerade erzeugt, sorgt beim Premium Gas-Wandgerät von Viessmann, dem Vitodens 300-W, ein innovativer Regelalgorithmus zur dynamischen Anpassung und Optimierung der Brennerleistung und -laufzeit in Abhängigkeit des aktuellen Volumenstroms. Vorrichtungen wie effizienzmindernde Bypass- oder Überströmeinrichtungen sind deshalb beim Gas-Wandgerät nicht mehr notwendig. Im Gerät wird der Volumenstromsensor darüber hinaus für den innovativen automatisierten hydraulischen Abgleich der Heizungsanlage eingesetzt. Dabei werden in Verbindung mit der Software Vitosoft bzw. Vitoflow die einzelnen Heizkörper präzise vermessen und aufeinander eingestellt. Hierdurch wird gemäß Fachliteratur eine Effizienzsteigerung der gesamten Anlage um bis zu 15 Prozent erreicht.

Die erste Skizze auf einer Serviette

Der Weg bis hierher war jedoch lang. Die Räder in der Industrie drehen sich zuweilen langsamer als ein Ingenieur sich das wünscht. Als Raul Junker im Jahr 2000 für einen namhaften deutschen Wasserzählerhersteller mit dem Chiphersteller Acam aus Karlsruhe-Stutensee in Kontakt tritt, versteht er schnell in welche Richtung der Wasserzählermarkt sich langfristig entwickeln muss. Die mechanische Wasserdurchflussmessung gehört zwar immer noch zu den am Meisten eingesetzten Zählerarten, doch die Ultraschall-Durchflussmessung bietet dem gegenüber sehr viele Vorteile. Einziger entscheidender Nachteil: Bisher waren die reinen Herstellungskosten der mechanischen Zähler nicht zu erreichen.

Beim Gas-Wandgerät Vitodens 300-W sorgt ein Regelalgorithmus für die dynamische Anpassung und Optimierung der Brennerleistung und -laufzeit in Abhängigkeit des aktuellen Volumenstroms.

2005 macht sich Junker selbständig und beginnt den Aufbau der Firma Allengra, mit dem Ziel, eine preisgünstige Gegenvariante zum mechanischen Zähler zu entwickeln. Von der Hydraulik hat er bereits eine klare Vorstellung und zeichnet bei einem Treffen mit dem Acam-Geschäftsführer Andreas Larsch eine Skizze auf eine Serviette. Larsch ist von der Idee überzeugt und innerhalb von zwei Wochen stellen sie in einer ersten Zusammenarbeit einen funktionsfähigen Prototypen fertig.Bald interessiert sich ein deutscher Hersteller von Komponenten aus der Heizungsbranche für den Sensor und unterstützt Junker: “Man hat uns dort beigebracht, wie man den Volumenstromsensor ordentlich qualifiziert.”

Günstiger Preis und kompakten Bauweise

2010 spricht Viessmann Junker auf den Sensor an. Zu diesem Zeitpunkt war der Hersteller von Heiztechnik-Systemen auf der Suche nach einem geeigneten Volumenstromsensor für seine Premium Gas-Wandgeräte. Der oben genannte Komponentenhersteller hatte in diesem Zusammenhang bereits eines der qualifizierten Muster an das Unternehmen weitergegeben, welches dort erfolgreich getestet werden konnte. Nach ersten Gesprächen konnte eine gemeinsame Spezifikation erarbeitet werden. Junker stellte sich schließlich der schwierigen Herausforderung, den für Viessmann maßgeschneiderten Volumenstromsensor zu entwickeln. Erste Prototypen zeigen bereits vielversprechende Ergebnisse, der Weg zum Massenprodukt ist jedoch noch weit.

Die Motivation für den Hersteller von Heiztechnik-Systemen bestand dabei einerseits in dem günstigen Preis und andererseits in der kompakten Bauweise des Volumenstromsensors. Der GP2-Chip des Messelektronik-Spezialisten, der das Rechenherz des Sensors bildet, war einfach zu implementieren, somit konnte Allengra das Design und die Elektronik schnell zusammenbringen. Die Karlsruher als Chiphersteller haben die Entwicklung nach Kräften unterstützt.

Schon bald stellte sich die Frage, wo der neue Sensor produziert werden kann. Der Hersteller von Heiztechnik-Systemen nahm dazu gemeinsam mit Junker zu diversen namhaften europäischen Firmen Kontakt auf. Es wurde jedoch schnell deutlich, dass kein geeigneter Partner zu finden war, welcher gleichermaßen über das notwendige Fertigungs- und Prüf-Know-How verfügte und dazu kostengünstig produzieren konnte. „Also überredete Viessmann mich, meine eigene Firma auszubauen, die sich ganz auf die Herstellung und Weiterentwicklung des Sensors konzentrieren sollte. So wurde meine Firma zum Hersteller. Das Unternehmen stellte mir alles zur Verfügung, was ich zur Weiterentwicklung brauchte: Know-How, Labor-& Prüfkapazitäten, Material und moralische Unterstützung. Etwa alle vier Wochen fanden gemeinsame Projektbesprechungen statt, um den aktuellen Fortschritt und die nächsten Schritte zu besprechen. In dieser Zeit hat uns das Viessmann-Team auch maßgeblich bei der Entwicklung und Sicherung unserer Herstellungsmethoden unterstützt. Welches Unternehmen hätte so etwas schon riskiert? Zu diesem Zeitpunkt waren wir noch eine kleine Garagenfirma mit Zweitsitz in Rumänien”, so Junker.

Der schließlich fertig entwickelte Volumenstromsensor besetzt eine elementar wichtige Funktion im Gas-Wandgerät Vitodens 300-W. Von mechanischen Sensoren mit Flügel- oder Turbinenräder hatte der Hersteller zu Recht Abstand genommen. Die vielen Schwebstoffe und abrasiven Materialien im Wasserkreislauf beeinträchtigen die Arbeitsweise auf Dauer. Mit einem Durchflussmesser, der auf dem Ultraschall-Prinzip basiert, erreicht der Sensor eine größere Messdynamik von 5 Liter/H bis 2500Liter/H, und der entstehende Druckabfall fällt mit max. 35 mBar sehr niedrig aus. Ein Ultraschall-Durchflusssensor ist weniger empfindlich gegenüber Verschmutzung und insgesamt langzeitstabiler. Dazu schafft er ideale Voraussetzungen für technische Weiterentwicklungen.