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Elektrischer Durchlauferhitzer
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchlauferhitzer mit in einem Isolierstoffblock vorgesehenen Durchflusskanälen, in denen zum Teil Heizwicklungen verlegt sind, und einem am Erhitzer angebrachten aus zusammenwirkenden Schalt- und Gegenkontakten bestehenden Schalter für die Heizwicklungen, der über eine Membran, deren beide Seiten von der Durchlaufflüssigkeit beaufschlagt und vor bzw. nach einer Drosselstelle an den Durchlaufweg angeschlossen sind, sowie über ein temperaturabhängiges Steuerorgan betätigbar ist, wobei die Membran über einer Vertiefung im einen Endbereich des Isolerstoffblockes angeordnet und von einem weiteren, membranseitig mit einer Vertiefung versehenen Isolierkörper abgedeckt ist.
Durchlauferhitzer dieser Art haben den prinzipiellen Vorteil, dass sie die Unterbringung von Heizwicklungen mit relativ hoher Leistung auf kleinem Raum ermöglichen und ein nur sehr geringes Füllvolumen besitzen, so dass praktisch nach Öffnen der meist vorgeschalteten Absperrorgane sofort erhitztes Frischwasser aus der Wasserleitung zur Verfügung steht.
In der Praxis zeigt sich, dass die bisher üblichen Durchlauferhitzer der genannten Art wesentlich grössere Abmessungen aufweisen, als dies auf Grund der jeweiligen Leistung unter Berücksichtigung der zur Sicherheit notwendigen Vor- und Nachlaufstrecken erforderlich wäre. Hiefür sind verschiedene Gründe massgebend. Zunächst wird bei den bekannten Durchlauferhitzern in der Praxis meist mit Austrittstemperaturen gearbeitet, die wesentlich unter den noch zulässigen Temperaturen liegen. Während manz., B. im Dauerbetrieb mit Temperaturen von etwa 70 C (höhere Temperaturen hätten einen Kesselsteinbesatz zur Folge) arbeiten könnte, werden die meisten üblichen Durchlauferhitzer auf Austrittstemperaturen von etwa 500C eingestellt.
Der Grund dafür liegt darin, dass man bei der bisherigen Erhitzerkonstruktion einen Sicherheitsabstand einhalten muss, um bei auftretenden Fehlern eine Überhitzung, Dampfbildung und Zerstörung des Gerätes bzw. mindestens der Heizleiter zu vermeiden. Als temperaturempfindliche Steuerorgane werden in den meisten Fällen Bimetallschalter verwendet, die aber so träge ansprechen, dass sie selbst bei Einhaltung des erwähnten Sicherheitsabstandes der Arbeitstemperatur von der zulässigen Höchsttemperatur keinen ausreichenden Schutz bieten. Somit hängt die Sicherheit des Durchlauferhitzers praktisch nur von der richtigen Funktion der beidseits beaufschlagten Membran ab. Diese Membran reagiert aber nur auf Druckunterschiede, so dass es z.
B. bei grösseren Gaseinschlüssen im zugeführten Wasser bei bestimmten Betriebsbedingungen noch zu keinem Abschalten des Durchlauferhitzers durch die Membran kommt, weil die notwendige Druckdifferenz noch aufrecht ist. Anderseits findet hier schon wegen der zu geringen Wärmeableitung durch das Gas eine Überhitzung der Heizleiter statt. Noch ungünstigere Verhältnisse ergeben sich nach einer weiteren bekannten Ausführung, bei der die Steuermembran selbst als Bimetallmembran ausgeführt ist oder einen Bimetallbelag besitzt, weil bei dieser Ausführung die Membran steif wird und rasch Ermüdungserscheinungen zeigt, so dass sie auch vom Differenzdruck abhängige Schaltungen nicht mehr einwandfrei durchführt.
Weitere Gründe für den relativ grossen Raumbedarf bekannter Durchlauferhitzer liegen in einer ungünstigen Anordnung der Schalter, Membranen und der diese Teile verbindenden Zwischenglieder. Bei einem bekannten Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art ist z. B. die Membran für sich zwischen Isolierstoffblock und Isolierkörper angeordnet und der Schalter ist im Abstand neben dem Isolierkörper
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oben am Isolierstoffblock angebracht. Zur Betätigung des Schalters dient ein seitlich aus dem Isolierkörper herausgeführter, doppelarmiger Schwenkhebel, der mit seinem längeren Hebelarm auf den Schalter wirkt und mit seinem kürzeren Hebelarm mit der Membran in Eingriff steht.
Bei dieser Anordnung ergeben sich unter Berücksichtigung der notwendigen Schalterwege und der dadurch bedingten Kontaktfederlängen grosse Baulängen bzw. bei Queranordnung des Schalters grosse Mindestbreiten für den Isolierstoffblock und damit für den Erhitzer. Würde man bei dieser Ausführung überdies einen zusätzlichen, temperaturabhängigen Schalter vorsehen, dann käme es zu einer weiteren Vergrösserung der Abmessungen. Ferner besitzen bei der bekannten Ausbildung die am Isolierstoffblock angebrachten Aufbauten eine be-
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ergeben.
Bei andern bekannten Durchlauferhitzern wird die Membranbewegung durch Druckstifte auf die
Schalter übertragen, wobei bei beidseits beaufschlagten Membranen eine abgedichtete Durchführung der Druckstifte durch ein vorgesehenes Membrangehäuse notwendig wird. Es wurde auch schon ein Durchlauf- erhitzer gebaut, bei dem die Steuerung nicht von einer beidseitig, sondern von zwei einseitig beaufschlagen Membranen durchgeführt wird. Die beiden Membranen müssen hier aber in verschiedener Richtung auf ein Schaltgestänge arbeiten, wodurch der. Gesamtaufbau sehr kompliziert wird.
Bei dieser Konstruktion wird allerdings erstmals statt der sonst üblichen Bimetallschalter ein mit der Flüssigkeit in wärmeleitender Verbindung stehender Flüssigkeitsthermostat vorgesehen, der mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt ist, deren Siedepunkt im Bereich der gewünschten Abschalttemperatur liegt. Dieser Thermostat arbeitet über eine weitere Steuermembran auf den Schalter. Da ein derartiger Flüssigkeitsther- mostat praktisch trägheitslos und bei einer genau vorbestimmbaren Temperatur anspricht, wird durch ihn ein wesentlicher Schutz des Erhitzers gewährleistet, wobei vor allem nun die Möglichkeit besteht, mit dem Arbeitstemperaturbereich bis an den zulässigen Temperaturbereich heranzugehen.
Eine solche Ausbildung des Durchlauferhitzers ist allerdings, da drei getrennte Membranen auf drei verschiedene Schalter wirken, so kompliziert, dass sie nur bei grossen Geräten sinnvoll erscheint. Bei kleineren Geräten stünde der Platzbedarf der Steuer-und Schalteinrichtung in einem äusserst ungünstigen Verhältnis zur Leistung.
Bei der üblichen Bauweise sind, wie erwähnt, für die Schalter eigene, gesondert am Isolierstoffblock montierte Kontaktträger notwendig. Bei gedrängter Bauweise müssen diese Kontaktträger auch bei der Vornahme von Reparaturen an den Membranen oder anderer Bauteile des Erhitzers abmontiert werden, wodurch sich lange Montagezeiten ergeben und praktisch nach jeder Reparatur eine neue Justierung der Schalter notwendig wird.
Alle aufgezeigten Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Diese betrifft einen Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art und besteht im wesentlichen darin, dass der lösbar am Isolierstoffblock befestigte Isolierkörper oben als Halterung für die Schaltergegenkontakte und vorzugsweise auch für die Zuleitungsanschlüsse ausgebildet ist, wobei die Membran in an sich bekannter Weise über einen seitlich aus dem Isolierkörper unter den Gegenkontakten herausgeführten, zweiarmigen Schwenkhebel die über dem vom Isolierkörper freigelassenen Bereich des Isolierstoffblockes angeordneten Schaltkontakte betätigt und das in ebenfalls an sich bekannter Weise als Flüssigkeitsthermostat, dessen Ausdehnungsflüssigkeit mit der Durchlaufflüssigkeit in wärmeleitender Verbindung steht, ausgebildete,
temperaturempfindliche Steuerorgan unter den Schalterkontakten im Isolierstoffblock angeordnet ist und unabhängig von der Membran auf den gleichen Schalter wirkt. Durch die erfindungsgemässe Ausführung wird bei einer bestimmten Leistung eine wesentliche Verkleinerung der Gesamtabmessungen des Durchlauferhitzers gegenüber den bekannten Konstruktionen ermöglicht, da die zum Steuerkreis gehörenden Bauteile nur wenig Platz beanspruchen und vor allem wegen der durch das als Flüssigkeitsthermostat ausgebildete, temperaturempfind- liche Steuerorgan gewährleisteten Betriebssicherheit mit hohen, im Bereich der zulässigen Temperaturen liegenden Ausgangstemperaturen gearbeitet werden kann.
Trotz der kleinen Abmessungen kann man bei der erfindungsgemässen Ausführung zwei getrennte, u. zw. einen druck-und einen temperaturabhängigen Steuerkreis vorsehen, für die allerdings wegen der erfindungsgemässen Ausführung nur ein einziger Schalter benötigt wird. Bei der erfindungsgemässen Ausführung kann ferner der Grossteil der Länge des Isolierstoffblockes für die Anbringung der Schaltkontakte herangezogen werden, so dass auch bei relativ kleinen Gesamtabmessungen mit hinreichend langen Schaltkontaktfedern gearbeitet werden kann, um genügend grosse Öffnungswege der Kontakte zu erzielen. Bei Reparaturen an der druckabhängigen Membran braucht die Lage der Kontakte relativ zum Isolierstoffblock bzw. Isolierkörper nicht verändert zu werden, so dass nach der Reparatur keine Nachjustierung des Schalters erforderlich wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Schaltkontakte miteinander über eine Isolierbrücke verbunden und drücken federnd von oben gegen die feststehenden Kontakte, wobei der Schwenkhebel
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ebenso wie das temperaturempfindliche Steuerorgan über verstellbare Anschläge mit der Isolierbrücke in Verbindung steht und beim Abschalten der Schaltkontakte von den Gegenkontakten abhebt. Schwenk- hebel und temperaturempfindliches Steuerorgan arbeiten voneinander unabhängig auf den Schalter, so dass jedes dieser beiden Steuerglieder für sich den Schalter im Abschaltsinn betätigen kann. Über die ver- stellbaren Anschläge ist eine genaue Justierung jener Membranstellung möglich, bei der das Abschalten erfolgen soll.
Die Anschläge sind leicht zugänglich, so dass die Justierung am fertig montierten Schalter vorgenommen werden kann.
Nach einer bevorzugten Ausführung weist der Schwenkhebel innerhalb der Höhlung des Isolierkörpers einen im Durchmesser grösser als die für ihn vorgesehene Durchführungsöffnung ausgebildeten Bund auf, der unter Zwischenschaltung einer Dichtung über eine Feder an den Durchführungsöffnungsrand andrück- bar ist und die Durchführung abdichtet. Die Durchführung selbst ist überdies vorzugsweise im Bereich der
Hebelschwenkachse angeordnet, liegt also dort, wo der Hebel die minimalsten Bewegungen ausführt. Es wirken also auf den Hebel von der Abdichtung her praktisch keine Reibungskräfte und die vom Hebel auf den Schalter übertragenen Kräfte sind den Membrankräften proportional, weshalb eine genau druckabhän- gige Steuerung gewährleistet ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung ist auf eine zwischen Isolierkörper und Isolierstoffblock eingelegte, die Höhlungen des Isolierkörpers und Isolierstoffblockes trennende, elastische Dichtungsfolie im Höhlungsbereich des Isolierkörpers eine vorgespannte Metallmembran aufgesetzt, die über ein mit ihr fest verbundenes Zwischenstück den Schwenkhebel betätigt. Die Metallmembran dient zur teilweisen
Mitbestimmung jenes Differenzdruckes, bei dem es zur Schaltung kommt und hat die Hauptaufgabe, ein schlagartiges Ein- und Ausschalten zu gewährleisten. Ferner ist zufolge der Verbindung des Zwischenstückes mit der Metallmembran der Gesamtaufbau vereinfacht und eine grossflächige Kraftübertragung gewährleistet.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 einen Durchlauferhitzer bei abgenommenem Gehäuse im Langsschnitt und die Fig. 2 - 4 jeweils in kleinerem Massstab einen Horizontalschnitt durch den Isolierkörper, einen Horizontalschnitt durch den Isolierstoffblock und einen HorizQntalschnitt durch den Isolierstoffblock eines für Dreiphasenbetrieb bestimmten Durchlauferhitzers.
Nach den Fig. 1 - 3 besitzt der Durchlauferhitzer einen die Form eines flachen, rechteckigen Prismas aufweisenden Isolierstoffblock, in dem in Längsrichtung je eine Vorlaufbohrung 2 und eine Nachlaufbohrung 3 sowie zwei weitere V-förmig von den Enden der Bohrungen 2,3 zusammenlaufende Bohrungen 4,6 vorgesehen sind, in denen ein blanker, gewendelter Widerstandsdraht 5 als Heizwicklung verlegt ist. Der Schnittpunkt der beiden Bohrungen 4,6 ist von der Unterseite des Blockes her über eine durch eine Schraube 7 verschlossene Querbohrung 8 zugänglich. Die Bohrungen 3,6 und 2,4 münden anderseits in im Durchmesser grösser gehaltene Bohrungen 9,10, die von der Stirnseite des Blockes 1 her angebracht und durch Blindschrauben abgeschlossen sind.
Durch die Blindschrauben 11 hindurch sind Anschlussschrauben 12 geführt, die zugleich als Halterung für mit der Heizwicklung 5 verbundene Kontaktträger 13 dienen.
An der andern Stirnseite des Blockes 1 ist eine mit einer Anschlussfahne 14 für eine Erdleitung (Schutzerde) versehene Halteplatte 15 mit in den Block eingreifenden Schrauben 16 befestigt, die unter Zwischenschaltung von Dichtungen 17 an die Bohrungen 2 bzw. 3 anschliessende Rohrstutzen 18,19 trägt, über die der Erhitzer beispielsweise über ein Absperrorgan an eine Wasserleitung und anderseits an einen Auslauf od. dgl. angeschlossen ist. In den Einlaufstutzen 18 ist ein vorzugsweise aus Messing gefertigter, rohrförmiger Siebeinsatz 20 eingeschraubt, bei dem die Sieböffnungen für sich jeweils einen kleineren Querschnitt als sämtliche im Bereich des Durchlaufweges vorkommende Engstellen aufweisen.
In die Bohrung 2 ragt von der vorderen Seitenfläche des Blockes her abgedichtet ein zylindrischer Stift 21 ein, der hahnartig eine Durchlaufbohrung 22 aufweist und durch Einführen einer Nadel od. dgl. in eine Querbohrung 23 verdreht werden kann, so dass einerseits die Drosselung des Flüssigkeitdurchtrittes hahnartig eingestellt werden kann und anderseits die Möglichkeit besteht, beim Verlegen der Öffnung 22 den Teil 21 um 180 zu verdrehen, so dass die Verunreinigung unter dem Wasserdruck weggespült wird.
Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, besteht ein kurzer Teil der Wandung der Bohrung 5 aus einem Flüssigkeitsbehälter 24, der nach oben hin durch eine Membran 25 abgeschlossen ist und mit einer bei der gewünschten Abschalttemperatur siedenden Flüssigkeit, vorzugsweise mit Dichlormethan oder Dichloräthylen gefüllt ist. Der Behälter 24 ist in eine Vertiefung der Blockoberseite eingesetzt
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und besitzt eine von der Membranseite abweisende Stifthalterung 26, auf die eine durch eine Querboh- rung des Blockes geführte Schraube 27 aufgeschraubt ist. Nach Lösen dieser Schraube 27 kann der
Behälter 24 abgenommen werden.
Dadurch wird es beispielsweise möglich, nicht nur den mit der Membran einen Flüssigkeitsthermostaten bildenden Behälter 24 auszuwechseln, sondern nach Lösen des Behälters ist auch der Luftzutritt zu der Bohrung 6 freigegeben, so dass das Kanalsystem des Erhitzers beispielsweise vor einer längeren Betriebsruhepause oder für den Versand von der Flüssigkeit entleert werden kann. Nach Lösen der Schraube 7 ist eine ähnliche Entleerung möglich.
Oben ist auf den Isolierstoffblock 1 mit Hilfe von Schrauben ein Isolierkörper 28 aufgeschraubt.
Dieser Isolierkörper besitzt an seiner gegen den Isolierblock weisenden Seite eine Vertiefung 29, der eine entsprechende Vertiefung 30 am Isolierblock 1 gegenüberliegt. Zwischen den Block 1 und den Körper 28 ist eine die beiden Vertiefungen 29 und 30 trennende Dichtungsfolie 31 eingelegt, auf die oben eine vorgespannte Metallmembran 32 aufgesetzt ist. Der Höhlungsraum 29 steht über eine Querbohrung 33 mit dem nach der Drosselstelle 21 liegenden Teil des Kanales 3 in Verbindung, während die Höhlung 30 von einem vor der Drosselstelle vom Kanal 2 abzweigenden Bohrungsstück 34 her beaufschlagt ist. Die Bohrung 33 ist im Bereich der Dichtung 31 durch Block 1 und Körper 28 geführt. Oberhalb der Höhlung 29 ist im Isolierkörper eine Sackbohrung 35 vorgesehen, die von einer Querbohrung 36 gekreuzt wird.
Auf die Metallmembran 31 ist ein Zwischenstück 37 aufgeschraubt, das mit dem einen Schenkel eines doppelarmigen Schwenkhebels 38 in Verbindung steht, welcher Schenkel in der Bohrung 36 lagert. Das eine Ende der Bohrung 36 ist durch eine Schraube 39 abgeschlossen, während in das zweite Bohrungsende ein Einsatz 40 eingeschraubt ist, der eine Durchführungsöffnung für den Schwenkhebel 38 aufweist. Innerhalb der Bohrung besitzt der Schwenkhebel einen Bund 41, der unter Zwischenschaltung einer Dichtung 42 durch eine Feder 43 gegen die Stirnseite des Einsatzes 40 gedrückt wird. Der Hebel 38 arbeitet mit seinem äusseren Ende auf einen verstellbaren Anschlag 44 einer Isolierbrücke 45, die über einen weiteren verstellbaren Anschlag 46 auch mit der Membran 25 zusammenarbeitet.
Die Isolierbrücke 45 verbindet federnde Schaltkontakte 47 miteinander, die mit oben am Isolierkörper 28 befestigten, über Schrauben 48 an die Zuleitungen anschliessbaren, in Vertiefungen des Körpers 28 eingesetzten Gegenkontakten 49 zusammenarbeiten. Jeder Kontakt 47 sitzt auf einem der mit dem Heizleiter 5 verbundenen Kontaktträger. Wird die Flüssigkeitszufuhr über ein dem Rohrstutzen 18 vorgeschaltetes Absperrorgan geöffnet, dann wird sich nach Überschreiten eines bestimmten Differenzdruckes zwischen den beiden Membranseiten die Membran 32 nach oben auswölben, wodurch der äussere Schenkel des Hebels 38 nach unten schwenkt und die Kontakte 47 und 49 in Eingriff kommen. Die durchlaufende Flüssigkeit wird nunmehr über den Heizleiter 5 erhitzt.
Sinkt die Druckdifferenz unter den vorbestimmten Wert ab, dann kehrt die Membran 32 in die dargestellte Ruhelage zurück und hebt die Kontaktfedern 47 von den Gegenkontakten 49 ab. Kommt es zu einer Überhitzung in der Flüssigkeit, dann spricht der Flüssigkeitsthermostat an und die Membran 25 hebt über den Anschlag 46 die Kontakte 47 ebenfalls ab.
In Fig. 4 wurden gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet. Auch hier sind wieder zwei Vorlaufbohrungen vorgesehen. Die Vorlaufbohrung 2 steht mit einer einen Heizleiter 5 enthaltenden Bohrung in Verbindung. Diese Bohrung 50 mündet in eine Querbohrung 51, von der eine weitere Bohrung 52 mit einem Heizleiter 5, der an die nächste Phase eines Drehstromnetzes angeschlossen ist, ausgeht. Vom Ende der Bohrung 52 gelangt die Flüssigkeit in eine Vorlaufbohrung 53, aus dieser wieder in die Bohrung 51, von da in eine mit einem Heizleiter versehene Bohrung 54 und schliesslich in die zum Auslass führende Bohrung 3. Der Mittelteil der Bohrung 51 ist durch einen eingesetzten Bolzen 55 abgeschlossen, während die Enden durch Schrauben 56,57 versperrt sind.
Der Bolzen 55 dient für den Anschluss der Heizleiter und bildet praktisch den Sternpunkt des elektrischen Systems.
Durch die gezeichnete Anordnung des Schalters, der Wasserwege und der für die Entlüftung bzw. Entleerung verwendbaren Schrauben 7,11, 26,56, 57 ist ein Einbau des Gerätes in jeder beliebigen Lage möglich. Durchlauferhitzer anderer Bauart können dagegen nur senkrecht montiert werden, was bei Unterbeckenmontage u. dgl. erhebliche Schwierigkeiten mit sich bringt.
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