DE19651087A1 - Heizblock mit Gehäuseschalen - Google Patents
Heizblock mit GehäuseschalenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizblock für einen elektrisch beheizten Durch
lauferhitzer mit einem Gehäuse, in dem Heizwendeln in einem mäanderförmig verlaufen
den Wasserströmungskanal angeordnet sind, in dem Wasser jeweils um einen freien
Endabschnitt eines Trennsteges etwa um 180° umgelenkt wird und getrennt durch den
Trennsteg in entgegengesetzten Richtungen aneinander vorbeiströmt und einen damit
ausgestatteten Durchlauferhitzer.
Ein derartiger Heizblock ist bekannt aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 39 03 692 A1
wobei der Heizblock mit dem mäanderförmig verlaufenden Wasserströmungskanal einen Ka
nalblock mit röhrenförmigen, zueinander parallelen Kanalbohrungen sowie einen Deckel- und
einen Bodenteil umfaßt. In dem Deckel und in dem Bodenteil sind jeweils Kanalbögen ausge
formt, die das aus einer Kanalbohrung aus der Stirnfläche des Kanalblockes strömende Was
ser jeweils um 180° umlenken und in die entsprechende benachbarte Bohrung des Kanal
blockes zurückführen. Um einen auch bei 30 bar Wasserdruck dichten und druckfesten Heiz
block bereitstellen zu können, sind zwischen dem Kanalblock und dem Deckel- bzw. dem Bo
denteil entsprechende Dichtungen eingelegt und der Kanalblock mit dem Deckel- und dem
Bodenteil fest verschraubt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Heizblock bereitzustellen, der bei ausrei
chender Stabilität und Kompaktheit günstig fertig bar und montierbar ist.
Erfindungsgemäß ist dies bei einem Heizblock gemäß dem Oberbegriff des Patent
anspruches 1 dadurch gelöst, daß das Gehäuse durch zwei Gehäuseschalen gebildet ist,
die, mit korrespondierenden Anlageflächen aneinander liegend, miteinander dicht ver
bunden sind und zwischen sich den Wasserströmungskanal bilden, und daß die Breite
des beheizbaren Wasserströmungskanals im Bereich des Endabschnittes des Steges
verringert ist. Durch die Auftrennung des Gehäuses in zwei Gehäuseschalen ist die
Montage bei Blankdraht-Durchlauferhitzern verwendeter Heizwendeln oder auch anderer
Funktionselemente im Heizblock, wie beispielsweise einer Venturidüse oder einer Mem
brandose für einen Differenzdruckaufnehmer des Durchlauferhitzers besonders einfach.
Die Elemente können in entsprechende, problemlos zugängliche Aufnahmebereiche einer
Gehäuseschale eingelegt bzw. montiert werden, und anschließend die beiden Gehäuse
schalen miteinander druckdicht verbunden werden. Auch bei der geometrischen Ausge
staltung des Wasserströmungskanals eröffnen sich durch die Schalentechnik neue
Möglichkeiten, wie beispielsweise sehr glatte Übergänge zwischen Bereichen unter
schiedlicher Querschnittsgrößen des Kanals. Um die laterale Ausdehnung des Heiz
blockes begrenzen zu können, ist die Breite der Trennstege zwischen benachbarten
Kanalteilstücken des Wasserströmungskanales zu begrenzen. Um dabei die Gefahr des
Aufreißens des Gehäuses im Bereich der besonders gefährdeten freien Endabschnitte
der Trennstege zu bannen, ist die Breite des Wasserströmungskanals im Bereich des
Endabschnittes des Steges und damit die wirksame Angriffsfläche für den im Heizblock
herrschenden Wasserdruck auf die Verbindung der beiden Gehäuseschalen im Bereich
der freien Endabschnitte verringert. Entsprechend sind die in diesem Bereich angreifen
den Kräfte, die bestrebt sind die miteinander dicht verbundenen Endabschnitte der Trenn
stege der beiden Gehäuseschalen auseinanderzurücken, verringert.
Vorteilhafterweise erstreckt sich im Wasserströmungskanal ein beheizbares Teilstück,
das über seine Länge eine im wesentlichen konstante Querschnittsfläche aufweist.
Durch das Konstanthalten dieser Querschnittsfläche ist sichergestellt, daß die im Heiz
block auftretenden Strömungsverluste und der damit verbundene Druckabfall bzw. die
damit verbundene Geräuschentwicklung verringert ist. Aus der Beibehaltung der Quer
schnittsfläche ergibt sich bei gleichzeitiger Verringerung der Breite des Wasserströ
mungskanals im Bereich der Endabschnitte der Trennstege das Erfordernis der Vertie
fung des Wasserströmungskanals in diesem Bereich. Dies ist aufgrund der angewen
deten offenen Gehäuseschalentechnik besonders einfach herstellbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform schließt sich der Endabschnitt des Steges
kopfförmig an die schlankere stabförmige Ausbildung des übrigen Steges an. Diese Art
der Verringerung der Breite des Wasserströmungskanals bietet eine Vergrößerung der
Anlageflächen der beiden Gehäuseschalen in diesem kritischen Bereich. Dies ist be
sonders günstig für eine Steigerung der Stabilität des Gehäuses des Heizblocks im
Bereich der Endabschnitte der Trennstege, wenn die beiden Gehäuseschalen durch
Schweißen miteinander verbunden sind. In dem freien Endabschnitt kann die Schweiß
naht dann, ohne die Gesamtgeometrie des Heizblockes zu vergrößern, breiter gemacht
werden als im übrigen Bereich des Trennsteges.
Fertigungs- und montagetechnisch besonders günstig ist es, wenn die beiden Gehäuse
schalen durch Schweißen miteinander verbunden sind. Dabei können die ansonsten er
forderlichen Dichtungs- und Verbindungselemente entfallen und zugleich eine ausrei
chende Stabilität des Heizblockes auch bei Wasserdrücken bis zu 30 bar gewährleistet
werden. Aufgrund der Größe des Heizblockes bzw. der Gehäuseschalen ist hierfür ins
besondere die Reibschweißtechnik geeignet.
Um die laterale Erstreckung des Heizblockes und die mechanische Belastung der Verbin
dungsstellen insbesondere in den Trennstegen infolge des Wasserdruckes gering halten
zu können, ist der Wasserströmungskanal zumindest abschnittsweise zur Verringerung
seiner Breite im Querschnitt im wesentlichen oval ausgebildet. Die Mindestbreite ist dabei
durch die Breite bzw. den Durchmesser der in dem Wasserströmungskanal einzulegen
den Heizwendeln vorgegeben.
Um eine definierte Lage der Heizwendeln im Wasserströmungskanal und deren Über
hitzung durch eine großflächige Anlage an der Innenwandung des Wasserströmungs
kanals vermeiden zu können, sind in diesem Stützrippen angeordnet, die einen im Quer
schnitt im wesentlichen kreisförmigen Aufnahmebereich für die eingelegten Heizwendeln
bilden.
Nachfolgend ist anhand schematischer Darstellungen ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Heizblockes beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung die beiden Gehäuseschalen
des Heizblockes,
Fig. 2 in einer Draufsicht die untere Gehäuseschale mit eingelegten
Heizwendeln,
Fig. 3 in einer Ansicht gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab abschnitts
weise die obere Gehäuseschale,
Fig. 4 in vergrößertem Maßstab stark vereinfacht eine Schnittdarstellung
des Heizblockes bei miteinander verschweißten Gehäuseschalen
und
Fig. 5 in einer Schnittdarstellung entsprechend Fig. 4 in vergrößertem
Maßstab abschnittsweise die beiden Gehäuseschalen vor deren
Verschweißen.
Ein Heizblock 1 weist, wie in Fig. 1 gezeigt eine flache untere Gehäuseschale 3 und eine
entsprechend ausgebildete obere Gehäuseschale 5 auf. Die beiden Gehäuseschalen 3, 5
sind aus dem Kunststoff PPE mit einem Glasfaseranteil und weisen an den einander
zugewandten Vorderseiten, zwischen denen das Wasser durch den Heizblock 1 geführt
wird, einander entsprechende Anlageflächen 7, 8 auf. Diese erstrecken sich jeweils im
wesentlichen am Umfangsrand und von dort von zwei sich gegenüberliegenden Seiten
jeweils, kammförmig ineinander greifend, über die Oberflächen der beiden Gehäuse
schalen 3, 5. In den Anlageflächen 7, 8 erstrecken sich jeweils schmälere Verbindungs
flächen 9, in denen die untere Gehäuseschale 3 und die obere Gehäuseschale 5 mitein
ander verschweißt sind. Die Verbindungsflächen sind aus Gründen der einfacheren Dar
stellung in Fig. 1 und 3 nur abschnittsweise mit unterbrochenen Linien angedeutet. Die
Verbindungsflächen 9 umziehen dabei einen zwischen den beiden Gehäuseschalen 3, 5
ausgebildeten, mäanderförmig im Heizblock 1 verlaufenden Wasserströmungskanal 11,
um diesen sicher abzudichten.
Der Wasserströmungskanal 11 ist durch eine mäanderförmig in der Vorderseite der un
teren Gehäuseschale 3 verlaufende untere Rinne 13 und eine entsprechend in der Vor
derseite der oberen Gehäuseschale 5 ausgebildete obere Rinne 15 realisiert (Fig. 4). Im
strömungstechnischen Anfangsabschnitt des Wasserströmungskanales 11 ist durch eine
Öffnung in der unteren Gehäuseschale 3 ein Wasserzulauf 17 (Fig. 2) des Heizblockes 1
gebildet. Dieser ist an entsprechende nicht gezeigte Wasserleitungen des Durchlauf
erhitzers anschließbar. Vom Wasserzulauf 17 aus erstreckt sich ein entsprechend den
Sicherheitsvorschriften geeignet ausgebildeter erster elektrischer Isolationskanal 18 (Fig. 1, 4).
Das hier zulaufende kalte Wasser fließt nach einer ersten 180°-Umlenkung durch
eine zwischen den beiden Gehäuseschalen 3, 5 gehalterten Venturidüse (nicht gezeigt).
In der Venturidüse wird in an sich bekannter Weise ein Differenzdruck abgegriffen, der
der Durchflußgeschwindigkeit des durch den Heizblock 1 strömenden Wassers entspricht.
Zum Abgriff dieses Differenzdruckes weist die obere Gehäuseschale 5 eine Öffnung 19
auf, die über einen einstückig mit der oberen Gehäuseschale 5 ausgebildeten ersten
Verbindungskanal 21 mit einem ebenfalls einstückig mit der oberen Gehäuseschale 5
ausgeformten Dosenoberteil 23 einer Membrandose für einen Differenzdruckschalter des
Durchlauferhitzers (nicht gezeigt) in Verbindung steht. Entsprechend wird der zweite
Druck in der Venturidüse abgegriffen und über einen entsprechenden zweiten Verbin
dungskanal 22 in ein Dosenunterteil 24 weitergeleitet. Das Dosenoberteil 23 bildet zu
sammen mit dem entsprechend an der unteren Gehäuseschale 3 ausgebildeten Dosen
unterteil 24 und einer dazwischen eingelegten Trennmembrane die Membrandose für den
Differenzdruckschalter (nicht gezeigt). Durch diesen ist die Zuschaltung der Heizleistung
zur Erwärmung des Wassers im Heizblock 1 steuerbar.
Im weiteren Verlauf des Wasserströmungskanales 11 schließt sich an den ersten Isola
tionskanal 18 ein mit Heizwendeln 41, 43, 45 beheizter Bereich des Wasserströmungs
kanals 11, dessen Querschnittsfläche für das durchströmende Wasser entlang der ge
samten Strecke im wesentlichen gleich groß ist. Die Querschnittsfläche des beheizten
Bereiches ist dabei größer als die im Bereich des ersten Isolationskanals 18. Der Über
gang zwischen den unterschiedlichen Querschnitten ist aufgrund der offenen Schalen
technik auf einfache Weise stufenlos und damit strömungstechnisch besonders günstig
gestaltbar. Zwei benachbarte, parallel zueinander und geradlinig verlaufende Teilstücke
des beheizten Bereiches des Wasserströmungskanals 11 sind jeweils durch einen
Trennsteg 27 voneinander wasserdicht getrennt. Der Trennsteg 27 ist je etwa zur Hälfte
dessen Höhe durch die untere und durch die obere Gehäuseschale 3, 5 gebildet (Fig. 4).
Im Anschluß an den mit den Heizwendeln 41, 43, 45 beheizten Bereich ist der Querschnitt
des Wasserströmungskanales 11 wieder entsprechend dessen Ausbildung im Bereich
des Wasserzulaufs 17 verringert. Dieser Bereich des Wasserströmungskanales 11 dient
als ein entsprechend den geltenden Vorschriften ausgebildeter zweiter Isolationskanal 29.
Im Endabschnitt des Isolationskanals 29 ist ein Wasserauslauf 31 gebildet, der durch eine
entsprechende Öffnung in der unteren Gehäuseschale 3 realisiert ist (Fig. 2).
Der Querschnitt des Wasserströmungskanals 11 ist über seine gesamte Länge im we
sentlichen oval (Fig. 4). Dies gilt sowohl für die beiden Isolationskanäle 18, 29, dem unbe
heizten Bereich des Wasserströmungskanals 11, als auch für den beheizten Bereich des
Wasserströmungskanals 11. Dazu weisen die untere und die obere Rinne 13, 15 der bei
den Gehäuseschalen 3, 5 jeweils in deren Bodenbereich bei einer Querschnittsbetrach
tung einen Halbkreisabschnitt 35 auf und einen sich daran anschließenden Viereckab
schnitt 37. Durch diese Ausbildung ist die Breite des Wasserströmungskanals 11 bei dafür
vorgegebenem Querschnitt und damit die Breite des Heizblockes 1 reduziert.
Weiter sind in dem Wasserströmungskanal 11 in der unteren und der oberen Gehäuse
schale 3, 5 im Bereich der Halbkreisabschnitte 35 der unteren und oberen Rinne 13, 15
jeweils zwei sich paarweise gegenüberliegende Stützrippen 39 angeordnet. Diese bilden
einen im Querschnitt im wesentlichen kreisförmigen Aufnahmebereich 40 (mit unter
brochener Linie in Fig. 4 angedeutet) für die im Heizblock 1 montierbaren Heizwendeln
41, 43, 45. Dabei erstrecken sich die Stützrippen 39 im wesentlichen über die gesamte
Länge des beheizten Bereiches des Wasserströmungskanals 11.
Die erste, zweite und dritte Blankdraht-Heizwendel 41, 43, 45 sind jeweils für dieselbe
Heizleistung ausgelegt und besitzen deshalb einen einheitlichen Drahtdurchmesser bei
einer einheitlichen Drahtlänge (in Fig. 2 schematisiert dargestellt). Die Heizwendeln 41,
43, 45 sind im wesentlichen unmittelbar hintereinander jeweils U-förmig um den entspre
chenden Trennsteg 27 gelegt und mit rechtwinklig abgewinkelten Anschlußstiften 47 in
entsprechenden Anschlußöffnungen 48 der unteren Gehäuseschale 3 fixierbar, so daß
sie zu deren elektrischer Verschaltung aus dem Heizblock 1 ragen. Dazu werden die
Heizwendeln 41, 43, 45 in die untere Rinne 13 der unteren Gehäuseschale 3 auf die
Stützrippen 39 gelegt und die Anschlußstifte 47 in die Anschlußöffnungen 48 gesteckt.
Aufgrund der räumlichen Anordnung der Anschlußöffnungen (Fig. 1, 2) in der unteren
Gehäuseschale 3 ertrecken sich die Heizwendeln 41, 43, 45 von einer Heizwendel zur
nächsten in Strömungsrichtung über eine größere Länge und weisen deshalb eine
zunehmende Wendelsteigung auf. Dadurch wird nachweislich eine Verringerung der
Verkalkungsneigung des Wasserströmungskanals 11 im Bereich heißen Wassers bewirkt.
Zugleich bleibt der Aufbau des Heizblockes 1 wegen der geringeren Längenerstreckung
der Heizwendeln 43, 45 im Bereich kälteren Wassers kompakt.
Die Trennstege 27 erstrecken sich jeweils von den gegenüberliegenden Umfangsrändern
der unteren und oberen Gehäuseschale 3, 5 kammartig ineinander greifend, stabförmig
entlang des geradlinig verlaufenden beheizten Abschnittes des Wasserströmungskanals
11 zu einem kopfförmig verbreiteten Endabschnitt 51. Dadurch ist der mäanderförmig ver
laufende Wasserströmungskanal 11 im Heizblock 1 festgelegt. Entsprechend der Ver
breiterung des Trennsteges 27 im Bereich des Endabschnittes 51 ist dort die Breite des
Wasserströmungskanales 11, wie nachfolgend beschrieben ist, verringert. Durch die Ver
größerung der Anlagefläche 8 und damit der Schweißverbindungsfläche 9 im Bereich des
Endabschnittes 51 ist eine festere Verbindung der unteren und oberen Gehäuseschale 3,
5 in diesem Bereich möglich. Weiterhin sind die in diesem Bereich angreifenden Kräfte,
die bestrebt sind, die beiden Gehäuseschalen 3, 5 bei gegebenem Wasserdruck ausein
ander zu drücken, durch die Reduzierung der Breite des Wasserströmungskanals 11 und
damit der wirksamen Fläche verringert. Um die Querschnittsfläche des Wasserströmungs
kanals 11 in diesem bzgl. der Festigkeit und Dichtheit des Heizblockes 1 besonders kriti
schen Bereich strömungstechnisch günstig etwa konstant lassen zu können, ist die Tiefe
des Wasserströmungskanals 11 in diesem Bereich entsprechend vergrößert (Fig. 3).
Dazu weist die obere Rinne 15 und entsprechend die untere Rinne 13 jeweils in einem
begrenzten Längenabschnitt entsprechend der Verbreiterung des Endabschnittes 51 des
Trennsteges 27 ein Gefälle 53 auf. In diesem Bereich wird die Breitenveränderung des
Wasserströmungskanals 11 durch eine entsprechende Tiefenveränderung kompensiert.
Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Heizwendeln in Fig. 3 nicht gezeigt. An das
Gefälle 53 anschließend weist die obere Rinne 15 und entsprechend die untere Rinne 13
einen Bogenabschnitt 55 konstanter Tiefe auf. Dies ist möglich, weil in diesem Bereich der
Wasserströmungskanal 11 etwa eine konstante Breite aufweist. An den Bogenabschnitt
55 schließt eine Steigung 57 an, die die Tiefe der oberen Rinne 15 wieder entsprechend
der Zunahme der Breite des Wasserströmungskanals 11 beim Übergang vom kopfför
migen Endabschnitt 51 auf den schlankeren stabförmigen Bereich des Trennsteges 27
verringert. Die Querschnittsfläche des Wasserströmungskanals 11 bleibt dabei im we
sentlichen unverändert. Die stufenlose Veränderung der Breite und der Tiefe des Wasser
strömungskanals 11 kann aufgrund der offenen Schalentechnik fertigungstechnisch pro
blemlos realisiert werden. Da die Breite des Wasserströmungskanals 11 im Bereich des
Endabschnittes 51 des Trennsteges 27 geringer ist als der Durchmesser der Heizwendeln
41, 43, 45 sind diese dort derart gestreckt, daß sie keine Windungen aufweisen.
In Fig. 5 ist in vergrößertem Maßstab der durch die untere und obere Gehäuseschale 3, 5
gleichermaßen gebildete Trennsteg 27 vor Beginn des Schweißvorganges dargestellt.
Dabei ist in der oberen Schale 5 an einem unteren Endabschnitt des Trennsteges 27 ein
Federprofil 61 und in der unteren Schale 3 an einem oberen Endabschnitt des Trenn
steges 27 ein entsprechendes Nutprofil 63 ausgebildet. Das T-förmige Federprofil 61 sitzt
mit seinem Fuß 65 unmittelbar vor Beginn des Schweißvorganges auf der Oberseite
eines Sockels 67 des E-förmigen Nutprofils 63. Durch Reiben des Fußes 65 an dem
Sockel 67 unter Druck entsteht in diesem Bereich, nämlich der Verbindungsfläche 9 (Fig.
1, 3, 5), die dichte und stabile Schweißverbindung zwischen den beiden Gehäuseschalen
3, 5. Der dabei entstehende Schweißaustrieb findet im wesentlichen in den beidseits des
Sockels 67 angeordneten Nuten 69 Aufnahme, ohne in den Wasserströmungskanal 11
einzudringen.
Claims (7)
1. Heizblock für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer mit einem Ge
häuse, in dem Heizwendeln in einem mäanderförmig verlaufenden Wasser
strömungskanal angeordnet sind, in dem Wasser jeweils um einen freien
Endabschnitt eines Trennsteges etwa um 180° umlenkbar ist und getrennt
durch den Steg in entgegengesetzten Richtungen aneinander vorbeiströmt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch zwei Ge
häuseschalen (3, 5) gebildet ist, die, mit korrespondierenden Anlageflächen
(7, 8) aneinander liegend, miteinander dicht verbunden sind und zwischen
sich den Wasserströmungskanal (11) bilden, und daß die Breite des beheiz
baren Wasserströmungskanals (11) im Bereich des Endabschnittes (51) des
Trennsteges (27) verringert ist.
2. Heizblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser
strömungskanal (11) ein beheizbares Teilstück aufweist, das über seine
Länge eine im wesentlichen konstante Querschnittsfläche besitzt.
3. Heizblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich der Endabschnitt (51) des Trennsteges kopfförmig an die
schlankere stabförmige Ausbildung des Trennsteges (27) anschließt.
4. Heizblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die beiden Gehäuseschalen (3, 5) durch Schweißen miteinan
der verbunden sind.
5. Heizblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Wasserströmungskanal (11) zumindest abschnittsweise zur
Verringerung seiner Breite im Querschnitt im wesentlichen oval ausgebildet
ist.
6. Heizblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach
Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wasserströmungskanal
(11) Stützrippen (39) angeordnet sind, die einen im Querschnitt im wesent
lichen kreisförmigen Aufnahmebereich (40) für die eingelegten Heizwendeln
(41, 43, 45) bilden.
7. Durchlauferhitzer mit einem Heizblock nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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