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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizgerätes und ein elektrisches Heizgerät.
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Elektrische Heizgeräte zur Erwärmung eines Medienstromes, beispielsweise Wasser zur Warmwasserversorgung, wie Durchlauferhitzer weisen in der Regel eine Heizeinrichtung, auch als Heizblock bezeichnet, umfassend Heizwendel oder Heizstäbe auf, die elektrischen Strom in Wärmeenergie umwandeln und an das zu erhitzende Wasser abgeben. Insbesondere bei Durchlauferhitzern kann dabei eine hohe Leistung von häufig mehr als 15 kW [Kilowatt] umgesetzt werden.
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Bei der Herstellung eines derartigen Heizgerätes müssen die Zuleitungen und Ableitungen zu der Heizeinrichtung, sowie weitere Bauteile wie beispielsweise Temperatur- oder Durchflusssensoren und/ oder Ventile aufwendig in einem Gehäuse des Heizgerätes angeordnet und fixiert werden. Zudem müssen Anschlüsse, insbesondere ein Kaltwasserzulauf und ein Warmwasserauslauf, mechanisch fest mit dem Gehäuse verbunden werden, um die bei einem Befestigen oder Lösen derselben wirkenden mechanischen Kräfte aufzunehmen.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Heizgerät vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll eine einfache und schnelle Herstellung eines Heizgerätes ermöglicht werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Hierzu trägt ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizgerätes zur Erwärmung eines Medienstromes bei, wobei bei der Herstellung eines Gehäuseteils des Heizgerätes Leitungen für den Medienstrom in das Gehäuseteil integriert werden.
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Bei dem Heizgerät handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Durchlauferhitzer, der dazu eingerichtet ist, einen Medienstrom (Wasserstrom) zu erwärmen. Hierzu kann das Heizgerät eine Heizeinrichtung mit widerstandsbasierten Heizelementen aufweisen, die in Kontakt mit dem Medienstrom gebracht werden können um diesem Wärmeenergie zuführen.
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Das widerstandsbasierte Heizelement kann insbesondere ein Heizwendel oder ein Heizstab oder eine Vielzahl derselben sein, dazu eingerichtet elektrischen Strom in Wärmeenergie umzuwandeln und an den Medienstrom abzugeben. Das Heizelement kann in der Regel in direkten Kontakt mit dem zu erwärmenden Medienstrom gebracht werden, womit kurze Reaktionszeiten der Heizeinrichtung realisierbar sind. Hierfür sind aus dem Stand der Technik Heizdrähte bekannt, die beispielsweise in einem Heizkanal angeordnet sind und dort von dem Medienstrom (Wasserstrom) umströmt werden können.
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Das elektrische Heizgerät kann dazu eingerichtet sein, mit einer dreiphasigen Wechselstromquelle zur Energieversorgung verbunden zu werden. Die dreiphasige Wechselstromquelle kann beispielsweise ein dreiphasiger Anschluss eines Haushalts, häufig auch als Drehstromanschluss bezeichnet, sein.
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Zur Regelung oder Steuerung des Heizgerätes kann dieses elektronische Bauteile umfassen. Häufig kommen hierbei Halbleiterschalter, wie TRIACs zum Einsatz, die hohe Heizströme schalten können. TRIACs, auch als Zweirichtungs-Thyristortriode oder Symistor bezeichnet, sind Halbleiterbauelemente die in der Lage sind hohe Wechselströme zu schalten. Beim Betrieb der elektronischen Bauteile, insbesondere von Schaltern wie TRIACs oder anderen Halbleitern, kann beim Betrieb hohe Abwärme entstehen.
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Das elektrische Heizgerät kann ein Gehäuse aufweisen, das häufig mehrteilig ausgeführt ist. Gemäß einer Idee der Erfindung werden Leitungen für den Medienstrom in ein Gehäuseteil integriert. Die Leitung können somit ein Bestandteil des Gehäuseteils sein, dieses kann somit als Leitungen dienende Hohlräume aufweisen.
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Das Gehäuse kann eine Rückwand und eine Haube umfassen, wobei die Rückwand dazu eingerichtet sein kann, an einer Wand (eines Gebäudes) befestigt zu werden. Häufig sind ein zumindest ein Teil der Komponenten des Heizgerätes (insbesondere Zu- und Ableitungen zur Heizeinrichtung und die Heizeinrichtung selbst) auf oder an der Rückwand befestigt und die Haube umschließt die Komponenten und kann hierzu an der Rückwand befestigt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Leitungen für den Medienstrom in eine Rückwand des Gehäuses integriert werden. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da Medien Zu- und Abführungen in der Regel ohnehin wandseitig erfolgen und zusätzlich kann so eine mechanische Aussteifung der Rückwand des Heizgerätes erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei der Herstellung des Gehäuseteils eine erste und eine zweite Schale miteinander verbunden werden, wobei erste und/ oder zweite Schale eingeprägte Leitungen für den Medienstrom aufweisen. Dabei können erste und zweite Schale als ebene, flächige Elemente ausgebildet sein, in die Leitungen beispielsweise durch einen Pressvorgang eingeprägt geformt sind. Dabei können Leitungen in der ersten und/ oder zweiten Schale eingeprägt sein und die jeweils andere Schale kann eben ausgeführt sein. Vorteilhaft können integrierte Leitungen mit einem kreisrunden Leitungsquerschnitt durch eine korrespondierende Prägung der Leitungen in erster und zweiter Schale erzeugt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können erste und zweite Schale stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verklebt oder verschweißt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Zuleitungen und Ableitungen zu einer Heizeinrichtung des Heizgerätes in ein Gehäuseteil integriert werden. Eine separate Heizeinrichtung kann dann an das Gehäuseteil angeschlossen werden. In vorteilhafter Weise können bei dieser Ausgestaltung zur Herstellung des Gehäuseteils beispielsweise eine Vielzahl kostengünstiger Kunststoffe eingesetzt werden, da nur geringe Temperaturbelastungen, in der Regel unterhalb 80 °C [Grad Celsius], vorliegen. Beispiele für geeignete Materialien sind Polyamide oder Polypropylen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können eine Zuleitung, eine Ableitung und Heizkanäle eines Heizblockes in das Gehäuseteil integriert werden. Die Heizkanäle können dabei insbesondere Heizelemente, wie beispielsweise Heizdrähte, umfassen. Vorteilhaft ist eine separate Heizeinrichtung bei dieser Ausgestaltung unnötig und in Folge kann der notwendiger Bauraum und die Größe des Heizgerätes reduziert werden. Hierfür sollte ein Material eingesetzt werden, dass den hohen Temperaturen der Heizdrähte standhält. Zumindest für den Bereich der Heizkanäle könnte hierbei ein Polyamid mit einem Glasfaseranteil eingesetzt werden, beispielsweise eine Polyphthalamide (PPA) wie PPAGF30.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können weitere Komponenten des Heizgerätes, wie insbesondere Sensoren (Temperatursensoren, Durchflusssensoren) in das Gehäuseteil bzw. die integrierten Leitungen eingebracht werden. Hierfür können beispielsweise in der ersten und / oder zweiten Schale Öffnungen vorgesehen sein, in die Komponenten mittels einer Schraub- oder Bajonettverbindung flüssigkeitsdicht eingebracht werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können Anschlusselemente in das Gehäuseteil integriert sein. Die Anschlusselemente können beispielsweise einen Warmwasserauslauf und einen Kaltwasserzulauf bilden und in das Gehäuseteil integriert sein. Hierzu können die Anschlusselemente beispielsweise eingespritzt (im Rahmen eines Spritzgussprozesses) oder eingeklebt sein, wobei die Anschlusselemente insbesondere aus einem metallischen Werkstoff (beispielsweise Kupfer, Messing, Stahl) bestehen.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein elektrisches Heizgerät vorgeschlagen, hergestellt mit einem hier vorgeschlagenen Verfahren.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Heizgerät auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Hier wird somit ein elektrisches Heizgerät angegeben, das die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen kann. Insbesondere trägt das Heizgerät zumindest dazu bei, eine hervorragende Kühlung von elektronischen Bauteilen zu gewährleisten bei gleichzeitig gemindertem Montageaufwand für die Kühlung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: ein hier vorgeschlagenes elektrisches Heizgerät,
- 2: eine erste Schale einer Rückwand eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes,
- 3: eine alternative Ausgestaltung einer ersten Schale einer Rückwand eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes, und
- 4. eine erste und zweite Schale einer Rückwand eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes.
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1 zeigt beispielhaft und schematisch ein elektrisches Heizgerät 1 zur Erwärmung eines Medienstromes, wie einem Wasserstrom, der durch einen Kaltwasserzulauf 8 dem Heizgerät 1 zugeführt und durch einen Warmwasserauslauf 9 entnommen werden kann, wobei der Medienstrom das Heizgerät 1 in einer Strömungsrichtung 24 durchströmt.
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Das Heizgerät 1 kann eine Heizeinrichtung 3 umfassen, aufweisend widerstandsbasierte Heizelemente, ausgeführt als Heizdrähte 16, angeordnet in einem Heizkanal 22 die in direkten Kontakt mit dem Medienstrom gebracht sein können.
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Das Heizgerät 1 kann zudem ein Regel- und Steuergerät 6 aufweisen, das zur Regelung und Steuerung des Heizgerätes 1, insbesondere der Heizdrähte 16, eingerichtet sein kann. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät 6 mit einem Temperatursensor 7 im Kaltwasserzulauf, einem Durchflusssensor 5, einem Motorventil 4 und einem Temperatursensor 10 im Warmwasserauslauf 9 elektrisch verbunden sein.
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2 zeigt gleichfalls beispielhaft und schematisch eine erste Schale 13 einer Rückwand 21 eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes 1, welche zur Befestigung des Heizgerätes 1 an einer Wand (eines Gebäudes) eingerichtet sein kann. Diese umfasst eine Durchführung Stromversorgung 19, eine Zuleitung 23, die von einem Anschlussbereich Kaltwasserzulauf 11 zur Heizeinrichtung 3 führt und eine Ableitung 25 von der Heizeinrichtung 3 zu einem Anschlussbereich Warmwasserauslauf 12 führend. Ableitung 25 und Zuleitung 23 sind dabei in die erste Schale 13 eingeprägt. Die Heizeinrichtung 3 ist hier als separate Heizeinrichtung ausgeführt, wodurch die erste Schale 13 aus einem kostengünstigen Kunststoff, wie beispielsweise einem Polyamid oder einem Polypropylen gefertigt sein kann.
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3 zeigt beispielhaft und schematisch eine alternative Ausgestaltung einer erste Schale 13. Im Unterschied zu 2 kann die erste Schale 13 in 3 eingeprägte Heizkanäle 15 umfassen, in denen Heizdrähte 16 angeordnet sein können. In vorteilhafter Weise sind bei dieser Ausgestaltung weitestgehend alle medienführenden Leitungen in die Rückwand 21 integriert.
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4 zeigt beispielhaft und schematisch eine erste Schale 13 und eine zweite Schale 14 der Rückwand 21. In der zweiten Schale 14 können Leitungen, wie die Ableitung 25, Zuleitung 23 und Heizkanäle 22 korrespondierend zur ersten Schale 13 eingeprägt sein. Gleichfalls kann ein in der der zweiten Schale 14 integriertes Anschlusselement 17 des Kaltwasserzulaufes 8 mit dem Anschlussbereich Kaltwasserzulauf 11 der ersten Schalte 13 sowie ein korrespondierend in der der zweiten Schale 14 integriertes Anschlusselement 15 des Warmwasserauslaufes 9 mit dem Anschlussbereich Warmwasserauslaufes 12 korrespondieren ausgebildet sein. Erste Schale 13 und zweite Schale 14 können im Rahmen der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens miteinander verbunden werden, insbesondere mittels kleben oder schweißen. Das Gehäuse 18 des Heizgerätes 1 kann zudem eine hier nicht gezeigte Haube umfassen, welche die Rückwand 18 und darauf befestigte Bauteile des Heizgerätes 1 abdeckt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heizgerät
- 3
- Heizeinrichtung
- 4
- Motorventil
- 5
- Durchflusssensor
- 6
- Regel- und Steuergerät
- 7
- Temperatursensor
- 8
- Kaltwasserzulauf
- 9
- Warmwasserauslauf
- 10
- Temperatursensor
- 11
- Anschlussbereich Kaltwasserzulauf
- 12
- Anschlussbereich Warmwasserauslauf
- 13
- erste Schale
- 14
- zweite Schale
- 15
- Anschlusselement Kaltwasserzulauf
- 16
- Heizdraht
- 17
- Anschlusselement Warmwasserauslauf
- 18
- Gehäuse
- 19
- Durchführung Stromversorgung
- 21
- Rückwand
- 22
- Heizkanal
- 23
- Zuleitung
- 24
- Strömungsrichtung
- 25
- Ableitung
