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Die vorliegende betrifft einen Heizblock zum Erwärmen eines flüssigen Mediums, insbesondere zum Erwärmen von Wasser. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Durchlauferhitzer mit einem Heizblock.
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Ein Heizblock zum Erwärmen von Wasser wie er bspw. in einem elektrischen Durchlauferhitzer eingesetzt wird, ist allgemein bekannt. Ein solcher Heizblock ist im Grunde so aufgebaut, dass er das zu erwärmende Wasser in einem Hohlraum wie bspw. mäanderförmig angeordneten Heizkanälen führt. In diesen Heizkanälen und damit bestimmungsgemäß im Wasser sind Heizdrähte angeordnet, die zum Erwärmen des Wassers mit elektrischem Strom durchflossen werden. Dieser elektrische Strom kann bspw. durch einen Halbleiterschalter wie einen Triac gesteuert werden. Entsprechend ist der Triac elektrisch mit dem Heizdraht zu verbinden, so dass der Strom vom Triac zum Heizdraht fließen kann. Weiterhin ist der Triac seinerseits mit elektrischem Strom zu versorgen und außerdem entsprechend anzusteuern, um den elektrischen Strom durch den Heizdraht nach Bedarf zu steuern.
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Problematisch ist hierbei insbesondere die Ankopplung und Ansteuerung des Halbleiterschalters. Einerseits wird eine Steuerschaltung auf einer entsprechenden Steuerplatine ggf. mit Mikroprozessor vorgesehen, wobei die Steuerung als solche verhältnismäßig geringe Ströme und Spannungen benötigt. Andererseits erzeugt der Halbleiterschalter hohe Ströme, die in den Heizdraht eingespeist werden und bei Blankdrahtsystemen in unmittelbaren Kontakt mit dem aufzuheizenden Wasser stehen. Hier zwischen muss der Halbleiterschalter eine Art Bindeglied bilden und die ganz unterschiedlichen Anschluss- und Ansteuerbedingungen berücksichtigen. Dabei kommt hinzu, dass der hohe Strom, der im Heizdraht zu einer gewünschten Erhitzung führt, den Halbleiterschalter unerwünscht erhitzt. Entsprechend muss der Halbleiterschalter ggf. gekühlt werden.
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Hierzu ist bereits in der deutschen Patentanmeldung
DE 102 09 905 A1 vorgeschlagen worden, den Halbleiterschalter anstatt auf einer Platine unmittelbar auf einem Verschlussstück anzuordnen, das wiederum in unmittelbarem Kontakt mit dem zu erwärmenden Wasser steht. Hierdurch wird eine Kühlung des Halbleiterschalters von dem Wasser über das Verschlussstück bewirkt. Diese Maßnahme, bei der das Verlegen des Halbleiterschalters von einer Platine auf das Verschlussstück vorgeschlagen wird, soll auch den Kontaktierungsaufwand für den Halbleiterschalter und damit für das Gerät insgesamt verringern helfen.
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Aber auch bei einer solchen Lösung ist es noch aufwändig, Halbleiterschalter anzuschließen.
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DE 41 06 273 C1 beschreibt einen elektrischen Durchlauferhitzer, der elektronische Schalter, z. B. Triacs, zur Leistungssteuerung der elektrischen Heizelemente im Wasserbehälter verwendet. Diese Schalter werden über die Anschlussleitung, die zum Kaltwassernetz führt, gekühlt. Über eine zweite Anschlussleitung kann der Warmwasserbereiter mit vorgewärmtem Wasser versorgt werden, das z. B. über einen Sonnenkollektor oder eine Wärmepumpe bereitgestellt wird. Vorzugsweise regelt ein Mischer die dem Warmwasserbereiter zugeführte Menge an vorgewärmtem Wasser und Kaltwasser. Es wird ein Mindestkaltwasserdurchfluss aufrechterhalten, der für die Wärmeabgabe an die elektronischen Schalter ausreicht. Verhindert eine Überhitzung der elektronischen Schalter, wenn vorgewärmtes Wasser verwendet wird.
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DE 102 09 905 A1 betrifft ein Gerät, das über mindestens einen Halbleiterschalter, insbesondere einen Triac, zur Steuerung der Leistung mindestens eines elektrischen Heizkörpers verfügt. Der Halbleiterkörper des Schalters bzw. der Schalter ist an einem wärmeleitenden Verschlussteil einer das Medium enthaltenden Kammer der Heizeinrichtung auf der der Kammer abgewandten Seite zur Schalterkühlung angebracht. Der erste Anschlusspol ist elektrisch mit dem Verschlussteil verbunden, das mit dem Heizkörper verbunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eins der o.g. Probleme zu adressieren. Insbesondere soll ein Heizblock derart verbessert werden, dass ein Halbleiterschalter zum Steuern eines Heizstroms auf möglichst einfache Art und Weise und möglichst nachhaltig verbaut und angeschlossen werden kann. Zumindest soll eine alternative Lösung gefunden werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Heizblock gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Ein solcher Heizblock ist zum Erwärmen eines flüssigen Mediums, insbesondere Wasser, vorgesehen. Er umfasst einen Heizblock mit einem Hohlraum zum Aufnehmen oder zum Führen des Mediums. Insbesondere ist ein solcher Heizblock für einen Durchlauferhitzer gedacht und in diesem Fall führt der Heizblockkörper das Medium, nämlich insbesondere das Wasser, während es erhitzt wird. Es kommen aber auch grundsätzlich andere Varianten in Betracht, bei denen ein flüssiges Medium wie bspw. Wasser in einen Vorratsbehälter oder dergleichen erhitzt wird.
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In dem Hohlraum ist wenigstens ein elektrisches Heizelement zum Erwärmen des Mediums angeordnet. Das elektrische Heizelement wird dazu mit einem elektrischen Strom angesteuert, der zum Erhitzen des Heizelementes führt. Ein solches Heizelement ist insbesondere als Heizdraht ausgebildet, insbesondere als sog. Blankheizdraht, der in unmittelbarem galvanischen Kontakt mit dem flüssigen Medium, nämlich insbesondere Wasser, steht.
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Weiterhin ist ein Halbleiterschalter vorgesehen, insbesondere ein Triac. Mit diesem wird der Strom gesteuert, der durch das Heizelement fließen soll, um dadurch die Heizleistung des Heizelementes zu steuern. Üblicherweise wird dieser Halbleiterschalter den Strom pulsartig zur Verfügung stellen. Ggf. kann durch Änderung des Pulsmusters Einfluss auf die durchschnittliche Strommenge bzw. Stromstärke genommen werden. Selbstverständlich kann der Halbleiterschalter auch komplett den Strom ausschalten, wenn nicht geheizt werden soll.
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Weiterhin ist ein Verschlussstück zum Verschließen einer Öffnung des Heizblockkörpers zum Hohlraum vorgesehen. Durch eine solche Öffnung besteht somit ein Zugang zum Hohlraum und durch diese Öffnung kann auch das Heizelement in den Hohlraum eingesetzt werden. Wenn mehrere Heizelemente vorgesehen sind, können auch entsprechend viele Öffnungen und entsprechend viele Verschlussstücke vorgesehen sein.
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Der Halbleiterschalter ist mit einem ersten Anschlusspol elektrisch und thermisch leitend mit dem Verschlussstück so verbunden, dass eine elektrische Verbindung des ersten Anschlusspols mit dem Heizelement über das Verschlussstück erfolgt und dass eine thermische Verbindung des ersten Anschlusspols mit dem Medium über das Verschlussstück erfolgt.
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Weiterhin ist der Halbleiterschalter mit einem zweiten Anschlusspol unmittelbar auf einer Steuerplatine angeschlossen, so dass der Halbleiterschalter auch räumlich unmittelbar zwischen der Steuerplatine und dem Anschlussstück angeordnet und mechanisch verbunden ist.
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Somit sitzt der Halbleiterschalter einerseits auf dem Verschlussstück, wodurch unmittelbar eine elektrische und thermische Verbindung im Grunde ohne ergänzende Elemente hergestellt werden kann. Weiterhin sitzt der Halbleiterschalter unmittelbar an der Leiterplatine, so dass auch dort auf zusätzliche Anschlussleitungen, insbesondere Anschlussdrähte oder Anschlusslitzen, zwischen Leiterplatine und Halbleiterschalter verzichtet werden kann. Es wird somit insbesondere ein Heizblock vorgeschlagen, bei dem diese Elemente, nämlich insbesondere die Leiterplatine, der Halbleiterschalter und das Verschlussstück, vorzugsweise auch der Heizblockkörper, aneinander angepasst sind. Hierdurch vereinfacht sich nicht nur die Anschlussmöglichkeit, sondern die Elemente werden auch thermisch untereinander gekoppelt und wirken soweit eng zusammen. Die Platine und/oder der Heizblockkörper können hierfür aneinander angepasst sein.
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Vorzugsweise ist die Steuerplatine über den Halbleiterschalter mit dem Verschlussstück mechanisch verbunden, insbesondere in dem Sinne, dass die drei Elemente, nämlich Steuerplatine, Halbleiterschalter und Verschlussstück, ein zusammengesetztes Gesamtbauteil bilden. Hierbei kann bspw. der Halbleiterschalter u.a. durch Verlöten fest mit der Platine verbunden sein. Außerdem kann der Halbleiterschalter u.a. durch Verschrauben mit dem Verschlussstück fest verbunden sein. Vorzugsweise erfolgt eine galvanische Verbindung durch das Vornehmen einer mechanischen Verbindung. Bspw. wird der Halbleiterschalter mit dem ersten Anschlusspol fest an das Verschlussstück in einer leitenden Stelle so angeschraubt, dass sich dadurch eine galvanische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspol und dem Verschlussstück ergibt.
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Günstig ist es, wenn die Steuerplatine oder zumindest ein Abschnitt der Steuerplatine mit dem Verschlussstück und den zwischen diesen beiden Elementen angeordneten Halbleiterschalter so verbunden ist, dass sich eine Sandwichstruktur ergibt, in der der Halbleiterschalter entsprechend eine mittlere bzw. die mittlere Schicht dieser Sandwichstruktur bildet. Hierdurch ergibt sich eine enge Verbindung von Steuerplatine, Halbleiterschalter und Verschlussstück, die sowohl in mechanischer, elektrischer als auch thermischer Hinsicht vorteilhaft ist. Der Halbleiterschalter kann über die Steuerplatine mit der jeweils benötigten Energie, nämlich mit dem jeweils benötigten Versorgungsstrom versorgt werden, und er kann über die Steuerplatine mit Steuersignalen, nämlich Schaltsignalen, angesteuert werden. Hierbei wird weder für den Versorgungsstrom noch für die Steuersignale ein Leitungsdraht, Litze oder dergleichen zum Anschließen des Halbleiterschalters benötigt.
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Gleichzeitig ist der Halbleiterschalter kabellos an dem Verschlussstück und darüber an das Heizelement angeschlossen. Entsprechend wird weder eingangsseitig noch ausgangsseitig zum Anschließen des Halbleiterschalters ein Kabel, Leitung oder Litze oder dergleichen benötigt.
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Vorzugsweise steht das Verschlussstück elektrisch im Kontakt mit dem Medium, sofern der Hohlkörper bestimmungsgemäß von diesem flüssigen Medium durchströmt wird bzw. befüllt ist. Es besteht also eine galvanische Verbindung zwischen Verschlusskörper und dem flüssigen Medium, insbesondere Wasser, und damit im Ergebnis auch eine galvanische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspol des Halbleiterschalters und dem flüssigen Medium. Der Heizblock, insbesondere der Halbleiterschalter, ist entsprechend für eine solche Verwendung mit einem direkten galvanischen Kontakt mit dem zu erwärmenden flüssigen Medium ausgelegt. Entsprechend sind auch elektrische Isolierungswege in dem Heizblock vorgesehen. Vorzugsweise ist der Heizblockkörper hierfür ansonsten, also bis auf das Verschlussstück bzw. die mehreren Verschlussstücke und mögliche weitere kleinere Ausnahmen, aus einem nicht leitendem Material, wie bspw. nicht leitendem Kunststoff, gefertigt. Im Falle eines Durchlaufhitzers können Isolationskanalabschnitte vorgesehen sein, die über eine entsprechende Kanallänge auch durch das Wasser eine ausreichende Isolation erreichen können.
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Durch diesen direkten elektrischen Kontakt wird auch eine hohe thermische Leitfähigkeit erreicht. Jedenfalls stehen bei vielen metallischen Leitern elektrische Leitfähigkeit und thermische Leitfähigkeit in enger Beziehung.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Heizblock dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Heizwendelbefestigungsstift zum elektrischen Anschließen des Halbleiterschalters mit dem Heizelement vorgesehen ist, wobei der Heizwendelbefestigungsstift dazu vorbereitet ist, eine thermische Verbindung zwischen dem Halbleiterschalter und dem Medium herzustellen, so dass der Halbleiterschalter über den Heizwendelbefestigungsstift durch das Medium gekühlt wird.
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Somit ragt insbesondere ein Heizwendelbefestigungsstift in das Medium bzw. in den Hohlraum hinein. In diesen in das Medium bzw. den Hohlraum hineinragenden Bereich des Heizwendelbefestigungsstifts kann bspw. eine Bohrung vorgesehen sein, an der das Heizelement, bspw. in Form eines Heizdrahts, mechanisch, elektrisch und teilweise auch thermisch verbunden ist. Darüber hinaus weist der Heizwendelbefestigungsstift eine entsprechende Kontaktfläche auf, mit der er mit dem flüssigen Medium in Berührung kommt. Neben einer galvanischen Verbindung zum Medium überdiese Kontaktfläche stellt diese auch eine thermische Verbindung dar. Je weiter der Bolzen in das Medium ragt und je größer seine Oberfläche in diesem Bereich ist, umso besser kann hierüber Wärme von dem Heizwendelbefestigungsstift an das Medium abgegeben werden. Durch die direkte Verbindung des Halbleiterschalters mit dem Anschlussstück und damit mit dem Heizwendelbefestigungsstift kann hierüber Wärme des Halbleiterschalters über das Verschlussstück und weiter über den Heizwendelbefestigungsstift in das Medium abgeführt werden.
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Vorteilhaft ist es, den Heizwendelbefestigungsstift so vorzusehen, dass er in das Verschlussstück integriert ist, insbesondere derart, dass der Heizwendelbefestigungsstift mit dem Verschlussstück bzw. dem Rest des Verschlussstücks ein einziges Element aus einem Stück bildet, insbesondere aus einem Metallstück. Davon ausgenommen ist in soweit eine üblicherweise aus Gummi vorgesehene Dichtung, sofern sie Teil des Verschlussstücks und nicht Teil der Öffnung des Heizblockkörpers ist. Hierdurch kann das Verschlussstück mit Heizwendelbefestigungsstiften und damit insgesamt mit Anschlussmöglichkeit für das Heizelement auf einfache Art und Weise ausgebildet werden. Ein zusätzliches elektrisches Verbinden von Heizwendelbefestigungsstift und Verschlussstück entfällt dadurch und dadurch entfällt eine mögliche Problematik etwaiger Anschlussfehlstellen.
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Außerdem oder alternativ kann es vorteilhaft sein, dass der Heizwendelbefestigungsstift an seiner dem Medium zugewandten Seite ein Verbindungsmittel zum elektrischen Anschließen des Heizelementes aufweist. Ein solches Verbindungsmittel kann in einem einfachen Fall eine Bohrung sein.
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Außerdem oder alternativ ist vorteilhaft, wenn der Heizwendelbefestigungsstift und/oder das Verschlussstück an einer dem Medium abgewandten Seite eine Aufnahme zum Aufnehmen eines Befestigungsmittels zum Befestigen des Halbleiterschalters daran aufweist. Dies kann bspw. eine Gewindebohrung sein, in die eine Schraube zum Festschrauben des Halbleiterschalters, insbesondere zum Festschrauben seines ersten Anschlusspols eingeschraubt wird. Hierbei kann eine Ausgestaltung eines Heizwendelbefestigungsstifts genutzt werden, bei der der Heizwendelbefestigungsstift in das Medium bzw. in den Hohlkörper reicht und dabei einen so viel größeren Außendurchmesser als die Schraube aufweist, dass die Schraube von innen in diesen Heizwendelbefestigungsstift hineingeschraubt werden kann. Dadurch kann die Schraube länger vorgesehen sein, als das Verschlussstück grundsätzlich dick ist, wodurch auch ein zu hoher thermischer Widerstand des Verschlussstücks und damit eine zu schlechte Kühlung des Halbleiterschalters über das Verschlussstück zum Medium hin vermieden wird.
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Vorzugsweise ist das Verschlussstück zum Einsetzen in die Öffnung des Heizblockkörpers von innen, vom Hohlraum des Heizblockkörpers aus vorgesehen. Dazu weist das Verschlussstück einen Außenrand auf, mit dem es von innen an die entsprechende Öffnung angesetzt wird bzw. angelegt werden kann. Dieser Außenrand wird somit an einen korrespondierenden umlaufenden Rand der Öffnung angelegt, nämlich von der Seite des Hohlraums aus. Auch der Außenrand ist somit als umlaufender Rand vorgesehen. Sein Außenumfang überschreitet somit einen Umfang der Öffnung und im Falle einer kreisrunden Ausgestaltung von Verschlussstück und Öffnung ist entsprechend der Außendurchmesser dieses umlaufenden Außenrandes größer als der Innendurchmesser der Öffnung. Das Verschlussstück wird somit von innen in die Öffnung eingesetzt und liegt mit seinem Außenrand an einer entsprechenden Wandung, in der die Öffnung ausgebildet ist, an. Im Betrieb des Heizblocks, wenn also ein flüssiges Medium wie Wasser durch den Heizblock, strömt, kann durch einen entsprechenden Überdruck im Heizblockkörper das Verschlussstück noch weiter in die Öffnung gedrückt werden und dabei ggf. die Abdichtung noch verbessern, insbesondere zu einer Nachdichtung führen.
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Der Halbleiterschalter, nämlich insbesondere der Triac, kann an dem Verschlussstück befestigt werden, nachdem dieses in die Öffnung eingesetzt wurde. Insbesondere kann das Verschlussstück so von innen in eine Schale oder Teilschale des Heizblockkörpers eingesetzt werden, der Heizblockkörper kann dann aus dieser Schale bzw. Teilschale und einer weiteren Schale oder weiteren Teilschale zusammengesetzt werden, um auch den Hohlraum vollständig auszubilden. Insbesondere können die Schalen oder Teilschalen verschweißt werden. Anschließend, wenn der Heizblockkörper insoweit fertiggestellt ist, kann der Halbleiterschalter, insbesondere der Triac, von außen befestigt, insbesondere festgeschraubt werden. Somit wird insbesondere für die Verwendung eines Triacs eine vorteilhafte Lösung gefunden, bei der das Verschlussstück von innen in die Öffnung eingesetzt wird und der Triac anschließend befestigt werden kann.
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Es ist somit wie beschrieben vorteilhaft, wenn der Heizwendelbefestigungsstift und das Verschlussstück im Wesentlichen als einstückiger Metallkörper ausgebildet sind. Ebenfalls günstig ist, wenn die Aufnahme zum Aufnehmen eines Befestigungsmittels als Sackbohrung mit Innengewinde ausgebildet ist, um ein Befestigungsmittel mit Außenwinde, insbesondere eine Metallschraube, einzuschrauben.
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Die Erfindung und die genannten Ausführungsformen sind im Wesentlichen anhand eines Heizelementes und eines Verschlussstücks und entsprechend eines Halbleiterschalters erläutert worden. Vorteilhafterweise werden mehrere bspw. drei Heizelemente, entsprechend drei Verschlussstücke und entsprechend drei Halbleiterschalter vorgesehen. Hierbei können die Halbleiterschalter dann jeweils auf einer Steuerplatine oder vorteilhafterweise können alle drei - oder zwei oder mehr als drei - Halbleiterschalter auf einer einzigen Steuerplatine untergebracht werden. Insbesondere in diesem Fall ist die Steuerplatine an die Form und Ausgestaltung des Heizblockkörpers angepasst, so dass korrekt auf der Steuerplatine installierte Halbleiterschalter beim Montieren der Steuerplatine auf dem Heizblockkörper unmittelbar an der gewünschten Stelle bei ihrem jeweiligen Verschlussstück zu liegen kommen. Eine Verbindung mit dem jeweiligen Verschlussstück kann dann bspw. einfach über eine mechanische Verbindung, insbesondere einfach über das Festschrauben mittels einer Schraube an dem Verschlussstück, erfolgen.
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Im Falle der Verwendung von drei Heizelementen können diese im Sinne eines 3-phasigen Systems angesteuert und über einen gemeinsamen Sternpunkt verschaltet sein. Im Beispiel eines Heizdrahtes als Heizelement ist dieser somit mit einer Seite am Sternpunkt und mit der anderen Seite an dem Halbleiterschalter elektrisch angeschlossen.
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Vorteilhaft ist, den Heizblock gemäß einer der Ausführungsformen in einen Durchlauferhitzer einzusetzen.
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Außerdem wird eine Heizvorrichtung gemäß Anspruch 9 vorgeschlagen, nämlich eine Heizvorrichtung wie einer der beschriebenen oder beanspruchten Heizblöcke, nur ohne Heizblockkörper.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beispielhaft erläutert.
- 1 zeigt einen Halbleiterschalter zwischen einer Platine und einem Verschlussstück und einem Teil eines Heizelementes schematisch in einer Seitenschnittansicht.
- 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Heizblockkörper in einer perspektivischen Ansicht auf zwei Verschlussstücke schematisch.
- 3 zeigt einen Halbleiterschalter mit einem Verschlussstück in einer perspektivischen Ansicht.
- 4 zeigt den Halbleiterschalter mit Verschlussstück der 3 in einer Seitenansicht.
- 5 zeigt den Halbleiterschalter mit Verschlussstück der 3 und 4 in einer Vorderansicht.
- 6 zeigt den Halbleiterschalter mit Verschlussstück der 3 bis 5 in einer Draufsicht.
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1 zeigt eine Sandwichstruktur, bei der ein Halbleiterschalter 2 zwischen einer Steuerplatine 4 und einem Verschlussstück 6 angeordnet ist. Der Halbleiterschalter 2 liegt dabei an einer oberen Kontaktfläche 8 plan an der Steuerplatine 4 an. An einer unteren Kontaktfläche 10 liegt der Halbleiterschalter 2 plan an dem Verschlussstück 6 an.
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Die Steuerplatine 4 kann somit den darauf befestigten Halbleiterschalter 2 bereitstellen. Zum Kontaktieren weist der Halbleiterschalter 2 mehrere, nämlich drei Anschüsse 12 auf, von denen aufgrund der Seitenansicht nur einer zu sehen ist. Eine mögliche Kontaktierung der Anschlüsse 12 ist in der 1 schematisch gezeigt und demnach gehen die Anschlüsse 12 mit einer Abwinklung direkt auf die Steuerplatine 4 in einen Platinenanschlussbereich 14. Der Anschluss kann auch anders vorgenommen werden, wobei eine unmittelbare Kontaktierung der Anschlüsse 12 auf der Steuerplatine 4 vorteilhaft ist. Von der Steuerplatine 4 ist dabei in 1 nur ein Ausschnitt gezeigt.
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Das Verschlussstück 6 weist einen Dichtungsring 16 auf. Damit kann das Verschlussstück 6 in eine Öffnung abdichtend eingesetzt werden. Dabei sind die oberhalb des Dichtungsrings 16 gezeigten Abschnitte, insbesondere die untere Kontaktfläche 10 und damit der Halbleiterschalter 2 außerhalb des Heizblockkörpers, in dessen Öffnung das Verschlussstück 16 von innen einzusetzen ist, von dem aus das Verschlussstück 16 in die Öffnung eingesetzt wird. Es ist ein Außenrand 50 vorgesehen, mit dem das Verschlussstück 16 von innen an einem Rand der Öffnung des Heizblockkörpers anliegt. Die übrigen Elemente befinden sich im Wesentlichen zum Hohlraum des Heizblockkörpers hin. Insbesondere das Heizelement 18, das als Heizdraht ausgebildet ist und nur zum Teil und nur schematisch dargestellt ist, befindet sich bestimmungemäß im zu erwärmenden Medium, insbesondere im zu erwärmenden Wasser. Das Heizelement 18 ist mit einem Anschlussdrahtabschnitt 20 in einem Heizwendelbefestigungsstift 22 befestigt und elektrisch angeschlossen. Die Befestigung erfolgt dabei in einem Anschlussmittel 24, das etwa als Bohrung 24 ausgebildet ist.
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Der genannte Heizwendelbefestigungsstift 22 ist tatsächlich ein Abschnitt des Verschlussstücks 6. Dieser Heizwendelbefestigungsstift 22 ragt weit in das Medium hinein, jedenfalls bei bestimmungsgemäßer Verwendung. Hierbei reicht das flüssige Medium auch bis zu einer Innenfläche 26 des Verschlussstücks 6, die im Grunde benachbart zur unteren Kontaktfläche 10 vorgesehen ist. Zwischen der unteren Kontaktfläche 10 und der Innenfläche 26 ist somit lediglich eine verhältnismäßig dünne Deckelschicht 28 vorhanden. Somit kann Wärme des Halbleiterschalters 2 über die Deckelschicht 28 im Grunde großflächig an das zu erwärmende flüssige Medium, insbesondere Wasser, abgegeben werden. Die untere Kontaktfläche 10 zwischen Halbleiterschalter 2 und Verschlussstück 6 als auch die Innenfläche 26 zwischen Deckelschicht 28 und flüssigem Medium bieten jeweils nur einen geringen thermischen Widerstand, soweit dieser überhaupt nennenswert sein sollte.
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Eine Befestigung des Halbleiterschalters 2 erfolgt über eine Befestigungslasche 30, die eine Befestigungsöffnung 32 aufweist. Durch die Befestigungsöffnung 32 ist eine Befestigungsschraube 34 eng geführt, die in ein Sackloch 36 mit Innengewinde 38 eingeschraubt ist. Das Sackloch 36 reicht weit in den Heizwendelbefestigungsstift 22 hinein. Dadurch kann eine festere und sichere Verbindung zwischen Halbleiterschalter 2 und Verschlussstück 6 hergestellt. Über diese Verbindung kann auch ein elektrischer Heizstrom zum Heizen des Heizelementes 18 fließen. Soweit bildet auch die Befestigungslasche 30 einen ersten Anschlusspol des Halbleiterschalters 2.
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Die feste mechanische Verbindung mittels der Befestigungsschraube 34, die auch eine elektrische Verbindung herstellt, eignet sich zudem zum Übertragen von Wärme. Somit kann Wärme zusätzlich zu dem aufgezeigten Weg direkt über die Deckelschicht 28 auch über den Heizwendelbefestigungsstift 22 in das Medium, das zu erwärmen ist, strömen.
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1 zeigt somit eine sandwichartige Struktur von - von oben nach unten - Steuerplatine 4, Halbleiterschalter 2 und Verschlussstück 6. Diese sandwichartige Struktur ermöglicht einen einfachen Anschluss des Halbleiterschalters sowohl zum Heizelement 18 hin, als auch zur Steuerplatine 4 hin. Der gesamte erreichte Aufbau ist verhältnismäßig einfach und insbesondere direkt gestaltet und vermeidet unnötige Anschlusselemente, insbesondere unnötige Verkabelungen.
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In 2 ist ein Ausschnitt eines Heizblockkörpers 200, mit zwei in entsprechenden Öffnungen eingesetzten Verschlussstücken 206. Unterhalb jedes Verschlussstückes 206 befindet sich in dem Heizblockkörper 200 ein Heizkanal 240, von dem jeweils noch eine Außenwölbung in dem Heizblockkörper 200 zu erkennen. In jedem dieser Heizkanäle ist ein Heizelement eingesetzt, das mit dem jeweiligen Verschlussstück 206 verbunden ist.
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Jedes der beiden Verschlussstücke 206 weist ein Sackloch 236 mit Innengewinde auf, so dass jeweils ein Halbleiterschalter auf das Verschlussstück 206 aufgesetzt und diesem Sackloch 236 verschraubt werden kann. Für beide Verschlussstücke 206 und ein etwaiges weiteres Verschlussstück kann eine gemeinsame Platine, also eine gemeinsame Platine für den Heizblockkörper 200, vorgesehen sein, die mehrere Halbleiterschalter aufweist. Die Halbleiterschalter können an der Platine so angeordnet sein, dass beim Montieren der Platine an dem Heizblockkörper 200 in einer vorgesehenen Position jeweils ein Halbleiterschalter an einem Verschlussstück 206 zu liegen kommt, insbesondere so, dass der Halbleiterschalter an dem jeweiligen Sackloch 236 verschraubt werden kann. Zum Positionieren einer solchen Steuerplatine können die in 2 gezeigten Positionierungshilfsmittel 242 verwendet werden, die auch als Positionierungsvorsprünge oder Positionierungsstifte gezeichnet bzw. ausgebildet sein können. Der Heizblockkörper 200 kann aus bspw. zwei Spritzgussteil, nämlich insbesondere einer oberen und einer unteren Teilschale gebildet sein. 2 zeigt hierbei entsprechend eine obere Heizblockkörperteilschale 244, die als Spritzgussteilen gefertigt ist, wobei die Positionierungshilfsmittel 242 in der Spritzgussform und entsprechend einstückig in dieser oberen Teilschale 244 mit ausgebildet sind. Wird somit eine Steuerplatine durch diese Positionierungshilfsmittel 242 sauber positioniert, sind auch die an ihr befestigten Halbleiterschaler korrekt an der Position zum Verbinden auf dem jeweiligen Verschlussstück 206 platziert.
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Die 3 bis 6 zeigen einen Halbleiterschalter 102, der mittels einer Befestigungsschraube 343 auf einem Verschlussstück 306 befestigt ist, in vier unterschiedlichen Ansichten. Es ist, je nach Ansicht, zu erkennen, dass der Halbleiterschalter 302 unmittelbar auf einer Deckelschicht 328 mit einer Befestigungslasche 330 sitzt. Hierzu ist die Befestigungsschraube 334 durch die Befestigungslasche 330 in ein Sackloch des Verschlussstücks 306 geschraubt. Die Befestigungsschraube 334 ist etwa in einer Flucht mit einem Heizwendelbefestigungsstift 322. Der Heizwendelbefestigungsstift 322 weist dabei eine Bohrung 324 als Anschlussmittel zum Anschließen eines Heizelementes, insbesondere eines Heizdrahtes, auf.
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Zum Abdichten der Einsätze ist ein Dichtungsring 316 vorgesehen. Weiterhin weist der Halbleiterschalter 302 drei Anschlüsse 312 auf, die zum Ansteuern bzw. zum Versorgen mit Versorgungsstrom genutzt werden können.
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Somit wird nun eine Lösung vorgeschlagen, bei der bisherige direkt mit der Steuerelektronik gekoppelter Kühlstrecken vermieden werden. Solche Kühlbaugruppen waren sehr kostenintensiv und verursachten zudem aufwändige Vorrichtungen in der Handhabung in der Elektronikfertigung. Nun wird eine Lösung vorgeschlagen, bei der Halbleiterschalter, insbesondere Triacs, nämlich Triacs wie die Halbleiterschalter 2 der 1 bzw. 302 der 3 bis 6, kostengünstiger als bisher angebunden werden können.
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Bei der vorgeschlagenen Lösung werden Kühlflächen, wie die untere Kontaktfläche 10 der 1 u.a. auch mit Heizwendelbefestigungsstiften wie die Heizwendelbefestigungsstifte 22 und 322 gekoppelt. Zu dieser Kopplung gehört vorteilhafterweise auch die Verwendung der Befestigungsschrauben 34 gemäß 1 bzw. 344 der 3 bis 6 die unmittelbar eine Befestigung der Halbleiterschalter bzw. Triacs erreichen, die auch eine gute thermische Verbindung mit Potenzial zum Kühlen herstellt. Eine thermische Verbindung entsteht dabei auch über die Befestigungsschrauben 34 bzw. 334.
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Hierbei kontaktieren die Halbleiterschalter bzw. Triacs den Heizwendelbefestigungsstift und auch die Befestigungsschraube im Sinne einer elektrisch leitfähigen Einheit, wodurch zusätzliche Verbindungen, insbesondere Anschlusskabel oder. Litzen vom Triac zum Heizkörperbolzen und der Befestigungsschraube entfallen.
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Dabei wird vorgeschlagen, dass die Triacs als nicht isolierte Bauteile ausgeführt werden. Die Triacs werden so auf der Elektronik- bzw. Steuerplatine angeordnet, dass sie beim Zusammenbau direkt über den Heizkanälen, wie bspw. den Heizkanälen 240, zu liegen kommen. Dabei werden die Heizkörperbolzen räumlich so angeordnet, dass sie direkt unter den Triacs liegt.
