DE19651087C2 - Heizblock mit Gehäuseschalen - Google Patents

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 aus der DE 39 03 692 A1 bekannt, wobei der Heizblock mit dem mäanderförmig verlaufenden Wasserstömungskanal 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.

Die DE 196 32 459 A1 beschreibt einen Heizblock für Wasserdurchlauferhitzer mit einem Kunststoffgehäuse, das aus zwei Gehäuseteilen besteht, in denen die Strömungskanäle mit zueinander komplementären Teilquerschnitten eingeformt sind und die Gehäusehälften durch Schweißen miteinander verbunden sind.

Aus der DE 38 17 441 A1 ist ein elektrischer Durchlauferhitzer bekannt, der zwei Gehäusehälften umfasst, die so miteinander verschweißt sind, dass sich Rinnen zu geschlossenen widerstandskanälen ergänzen. Die Gehäusehälften sind als Kunststoffspritzteile hergestellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Heizblock bereitzustellen, der bei aus­ reichender Stabilität und Kompaktheit günstig fertigbar 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 verbunden 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 besonders 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 geringhalten 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 Verbreiterung 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 Gehäuseschafe 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.