EP1608919A1 - Durchlauferhitzer - Google Patents

Durchlauferhitzer

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EP1608919A1
EP1608919A1 EP04719441A EP04719441A EP1608919A1 EP 1608919 A1 EP1608919 A1 EP 1608919A1 EP 04719441 A EP04719441 A EP 04719441A EP 04719441 A EP04719441 A EP 04719441A EP 1608919 A1 EP1608919 A1 EP 1608919A1
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EP
European Patent Office
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power component
heating module
heater according
circuit board
cooling
Prior art date
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Granted
Application number
EP04719441A
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English (en)
French (fr)
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EP1608919B1 (de
Inventor
Markus Helminger
Christian Lindert
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Publication date
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Publication of EP1608919A1 publication Critical patent/EP1608919A1/de
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Publication of EP1608919B1 publication Critical patent/EP1608919B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F24H9/2014—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using electrical energy supply
    • F24H9/2028—Continuous-flow heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/40—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
    • F24H15/407—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electrical switching, e.g. TRIAC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/101—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply
    • F24H1/102—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply with resistance

Definitions

  • the invention relates to a water heater according to the preamble of claim 1 or the independent claim 2.
  • power components such as triacs
  • the cooling interface is located on a copper pipe loop intended only for cooling purposes in the cold water inlet area, the power component being pressed against a flat pinched contact surface of the copper pipe with a spring clip. Since the copper pipe is electrically conductive, the power section requires a direct earth connection. This construction principle requires many individual parts, complicated wiring and the grounding of each power component. This results in high manufacturing and assembly costs.
  • At least one printed circuit board is conventionally provided, on which further components of the control are optionally arranged, and which is fixed with its own fastening elements, for example screws, at fastening points of the heating pulse prepared for this purpose.
  • Power components that emit heat during operation are conventionally placed at the cooling interface, grounded and connected to the controller. Therefore, the independent determination and positioning of the circuit board also increases the manufacturing and assembly costs.
  • the invention has for its object to provide a water heater of the type mentioned, which can be manufactured with reduced effort.
  • the tasks also include avoiding the grounding of the cooled power component or separate fastening devices for the printed circuit board, or these two aspects.
  • the stated object is achieved with regard to the first aspect by the features of claim 1, on the other hand with regard to the second aspect by the features of claim 2, and with regard to both aspects by the features of claims 1 and 2.
  • the ceramic cooling element insulates the power component, eg a triac, ⁇ electrically from the water, so that the cooling interface or the power component does not require grounding, and yet the device safety complies with the regulations.
  • the ceramic cooling element effectively transfers heat or cold in order to cool the power component. It is therefore expedient to use ceramic material with a high thermal conductivity, which also has good mechanical properties, which ensure the necessary flatness in the contact area of the component, and also withstand the fastening forces and thermal influences during operation.
  • the cooling element can be relatively small, so that the cooling interface can even be largely arranged within a given cold water inlet area without additional effort.
  • the ceramic cooling element is expediently used for cooling a power component, which is pressed resiliently against the cooling element with a holding element, the holding element also being able to fix a printed circuit board of the electronic control on the heating module which possibly carries the power component.
  • the ceramic cooling element can also be used profitably if the circuit board is fixed to the heating module in a conventional manner.
  • the holding element which positions the power component at the cooling interface, also fixes the printed circuit board on the heating module, the manufacturing and assembly effort is significantly reduced, since separate fastening elements are dispensed with.
  • the circuit board can also be fixed to the heating module with the holding element for the power component if the power component is cooled differently than with a ceramic cooling element.
  • a particularly advantageous embodiment is characterized in that the ceramic cooling element for cooling the power component is advantageously integrated into the heating module in such a way that piping can only be omitted for cooling purposes.
  • the power component which is expediently mounted directly on the printed circuit board, is placed on the cooling element with a holding element and pressed against the cooling element by the holding element via the printed circuit board. Finally, the circuit board is fixed to the heating module by the holding element, which presses the power component onto the cooling element. If at all, auxiliary supports are sufficient for the final positioning of the circuit board, which can be equipped with further electronic components, in order to properly fix the circuit board in operation and during transport.
  • the ceramic cooling element is inserted in a watertight manner between the outside of the heating module and the cold water inlet area in the heating module.
  • the cooling interface In order to integrate the cooling interface into the heating module, only minor modifications in the inlet area are required.
  • One possibility would be direct encapsulation during the injection molding process.
  • the cooling element could also be used retrospectively by pressing, welding, gluing or locking.
  • the power component is expediently held in cooling contact with the cooling element by a resilient holding element.
  • the holding element could also be used to make the cooling element, which is only loosely attached, watertight.
  • a solution in which the cooling element is fixed in a watertight manner and presents its exposed contact surface for the power component to rest on is to be preferred.
  • a plate-shaped, disc-shaped or cap-shaped ceramic cooling element is inexpensive and can be manufactured with high dimensional accuracy and dimensional accuracy. These geometric shapes also offer sufficient structural strength so that the cooling element can easily withstand the mechanical, thermal and hydraulic loads.
  • the cap shape presents the contact area for the power component to be easily accessible. There is sufficient contact surface in the cap edge area for fixing and / or sealing.
  • the cooling element is arranged essentially perpendicular to the direction of flow of the cold water to the cooling interface. This enables effective heat transfer from the cooling element into the water.
  • the inflow surface of the cooling element could be designed to be streamlined, for example concave, in order to reduce the risk of undesirable turbulence. It would also be possible to structure the inflow surface so that it is in contact with the water flow. tactical surface is increased, for example by ribs, which can also contribute to the flow.
  • a water dome which has an opening and contains an inlet channel and an outlet channel is arranged on the heating module.
  • the channels can unite on the cooling element.
  • the ceramic cooling element is arranged watertight in the opening.
  • the water dome means only a minor modification, the cold water inlet area of the heating module.
  • the water dome can be easily formed from the material of the heating module and / or the cold water inlet area, and makes it possible to expose the cooling element used where the power component can be easily installed.
  • the water dome is expediently in the component group of the electronic control, or vice versa.
  • An overflow threshold is expediently provided in the water dome, to which flow guiding surfaces lead, which bring the incoming cold water essentially perpendicular to the inflow surface of the cooling element and drain the outflowing water as quickly as possible in order to force intensive flow dynamics that are favorable for the cooling effect along the inflow surface ,
  • the holding element is expediently a U-shaped spring clip which can be produced inexpensively, for example as a sheet metal stamped and bent part.
  • the holding element could also be a spring clip with more than two holding legs and a spring structure for pressing the power component.
  • Abutments for example plug-in shafts, are expediently formed on the outside of the water dome for the holding legs of the holding element. There is a favorable holding depth for the spring clip.
  • the abutments for the holding element near the cooling interface are also expedient if the holding element is not only used for pressing the power component onto the cooling element, but also for at least partially fixing the printed circuit board of the electronic control on the heating module.
  • positioning elements for the printed circuit board can be formed on the heating module, which improve the positioning and the fit of the printed circuit board under the holding force of the holding element.
  • element can press the power component, which is expediently mounted directly on the circuit board, indirectly onto the cooling element via the circuit board.
  • the same holding element can be used, e.g. a U-shaped spring clip.
  • the printed circuit board can be larger and heavier than the power component, it would be possible to use a larger and / or stronger holding element with a different shape to fix the printed circuit board.
  • a good resilient pressing action for the power component and / or the printed circuit board can be achieved if the holding element designed as a U-spring clip is alternately bent in and out in the crosspiece.
  • Longitudinal stiffening beads can be formed in the holding legs, which, preferably, e.g. Prevent unwanted kinking or twisting of the retaining legs when installing the spring clip.
  • the power component to be cooled is typically a triac switching element which generates heat when the instantaneous water heater is in operation and is cooled by the incoming cold water by means of the ceramic cooling element.
  • Fig. 1 is a schematic section of a portion of a water heater
  • FIG. 2 shows a perspective section of FIG. 1.
  • a heating module M which consists of two interconnected module molded parts 1, 2 (for example injection molded molded parts).
  • the heating module M is indicated by a dashed line in the operating position of the instantaneous water heater D indicated hood F covered.
  • the heating module M is connected to water inlets and outlets, not shown, and is electrically connected to the power supply.
  • the electronic control S for at least one heating element (not shown) in the heating module has a printed circuit board P with components mounted thereon and at least one electronic power component B which is mounted on the printed circuit board P in FIG. 1.
  • the power component B is, for example, a triac switching element which generates heat during operation of the instantaneous water heater D and requires cooling. For this reason, the power component B is placed at a cooling interface K with the cold water inlet of the heating module M.
  • the power component B is held in contact with a ceramic cooling element E by means of at least one holding element H, which electrically insulates the power component B from the water at the cooling interface K and forms a heat transfer body to the water.
  • the holding element H acts on the printed circuit board P in order to hold the power component B in contact with the cooling element E indirectly via the printed circuit board P.
  • the holding element H serves at the same time for fixing the circuit board P on the heating module M.
  • the holding element H could act directly on the power component B arranged separately from the printed circuit board P and hold it in contact with the cooling element E.
  • the circuit board P would then be attached differently.
  • the heating module molded parts 1, 2 delimit an internal cold water inlet channel 3, in which the cold water flows in the direction of the arrow R before heating.
  • the cold water comes from a water dome 4, preferably molded in one piece in the molded part 1, which has an opening 5 into which the ceramic cooling element E is inserted in a watertight manner, for example by means of an O-ring 13.
  • the edge of the opening 5 is, for example, plastically deformed or flanged to tightly fix the cooling element E.
  • the cooling element E could also be held in a tight fit only by the holding pressure of the holding element H.
  • the water dome 4 is formed, for example, an inlet channel 6 connected to the cold water inlet, not shown, which is separated from an outlet channel 9 by a partition 7, which ends at an overflow threshold 8 at a distance from the ceramic cooling element E.
  • At least the dividing wall 7 forms flow guide surfaces oriented essentially perpendicular to the cooling element E, so that the cold water flow indicated by the curved arrow Z acts on the cooling element E as intensively and with little swirling (see FIG. 2).
  • further positioning elements 11, e.g. Support feet may be provided on the molded part 1, on which the printed circuit board P is seated under the holding force of the holding element H, and which preferably also comprise at least two corners of the printed circuit board P laterally.
  • the positioning elements 11 can have depth stops 12 for securing the printed circuit board P.
  • the power component B is electrically insulated from the water, and the incoming cold water in the heating module M does not require any metallic piping at the interface K, so that the power component B does not need to be separately grounded.
  • the circuit board P is usually grounded anyway.
  • Fig. 2 illustrates on an enlarged scale how the ceramic cooling element E designed as a cap 14 rests with its lower, widened cap edge on the O-ring 13 which is inserted into a socket 5 opening.
  • the cooling element E can, for example, be fixed in its shown sealing position by flanging the edge of the opening or by extrusion coating, gluing, and similar types of connection.
  • the cooling element could also be a plate or a disk made of ceramic material with good thermal conductivity.
  • the exposed top of the cooling element E forms a flat contact surface 15 in FIG the power component B, while the inside or underside of the cap 14 forms here, for example, a cup-shaped inflow surface 16 for the cold water from the inlet channel 6.
  • the overflow threshold 8 lies opposite the inflow surface 16 at a distance which is selected such that there are optimal flow conditions along the inflow surface 16 for efficient heat dissipation.
  • the holding element H is a U-shaped spring clip with a cross bar 17 and e.g. two holding legs 19.
  • the transverse web 17 has several alternating bends 18 with a view to a desirable spring action.
  • sawtooth-like locking projections 20 are formed on the holding legs 19, which are automatically anchored in the abutments 10; if necessary, the abutments 10 are also toothed on the inside.
  • Longitudinal stiffening beads 21 increase the structural strength of the holding legs 19.
  • the holding element H of FIGS. 1 and 2 is expediently a sheet metal stamped and bent part made of a suitable metal. Alternatively, the holding element could also be a molded plastic part or a composite part.

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Abstract

Ein Durchlauferhitzer (D) mit einer elektronischen Steuerung (S) für einen Heizmodul (M) weist wenigstens eine am Heizmodul (M) befestigte Leiterplatte (P) und wenigstens einen an einer Kühlschnittstelle (K) mit dem Kaltwasserzulauf platzierten, elektronischen Leistungsbauteil (B) auf, wobei an der Kühlschnittstelle (K) ein keramisches Kühlelement (E) vorgesehen ist, das den Leistungsbauteil (B) vom Kaltwasser trennt, und das der Leistungsbauteil (B) ungeerdet kontaktiert.

Description

Durchlauferhitzer
Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des nebengeordneten Anspruchs 2.
Bei in der Praxis bekannten Durchlauferhitzern mit elektronischer Steuerung werden Leistungsbauteile, wie Triacs, durch das zulaufende Kaltwasser an einer Kühlschnittstelle gekühlt, damit die Leistungsbauteile im Betrieb eine Temperaturgrenze von ca. 70°C nicht überschreiten. Die Kühlschnittstelle befindet sich an einer nur für Kühlzwecke vorgesehenen Kupferrohr-Schleife im Kaltwasserzulaufbereich, wobei der Leis- tungsbauteil mit einer federnden Klammer gegen eine flach gequetschte Kontaktfläche des Kupferrohres gedrückt wird. Da das Kupferrohr elektrisch leitet, benötigt der Leis- tuhgsbäύteil einen direkten Erdungsanschluss. Dieses Bauprinzip erfordert viele Einzelteile, eine umständliche Verkabelung und die Erdung jedes Leistungsbauteils. Daraus resultiert ein hoher Herstellungs- und Montageaufwand. In der elektronischen Steuerung vist konventionell wenigstens eine Leiterplatte vorgesehen, an der gegebenenfalls weitere Bauteile der Steuerung angeordnet sind, und die mit eigenen Befestigungselementen, z.B. Schrauben, an dafür vorbereiteten Befestigungsstellen des Heizmpduls festgelegt wird. Im Betrieb wärmeabgebende Leistungsbauteile werden konventionell an der Kühlschnittstelle platziert, geerdet und mit der Steuerung verbun- den. Deshalb erhöht die eigenständige Festlegung und Positionierung der Leiterplatte ebenfalls den Herstellungs- und Montageaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchlauferhitzer der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der sich mit verringertem Aufwand herstellen lässt. Die Auf- gäbe umfasst auch den Aufwand zur Erdung des gekühlten Leistungsbauteils oder gesonderte Befestigungseinrichtungen für die Leiterplatte zu vermeiden bzw. diese beiden Aspekte.
Die gestellten Aufgabe wird hinsichtlich des ersten Aspekts durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, hingegen hinsichtlich des zweiten Aspekts durch die Merkmale des Anspruchs 2, und im Hinblick auf beide Aspekte durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2. Das keramische Kühlelement isoliert den Leistungsbauteil, z.B. einen Triac, ■ elektrisch gegenüber dem Wasser, so dass die Kühlschnittstelle bzw. der Leistungsbauteil keine Erdung benötigt, und dennoch die Gerätesicherheit den Vorschriften entspricht. Das keramische Kühlelement überträgt effektiv Wärme bzw. Kälte, um den Leistungsbauteil zu kühlen. Zweckmäßig wird deshalb Keramikmaterial mit hohem thermischen Leitwert verwendet, das außerdem gute mechanische Eigenschaften hat, die die notwendige Ebenheit im Kontaktbereich des Bauteils gewährleisten, und auch den Befestigungskräften und thermischen Einflüssen im Betrieb widerstehen. Das Kühlelement kann, relativ klein sein, so dass sich die Kühlschnittstelle ohne Mehraufwand sogar weitgehend innerhalb eines gegebenen Kaltwasserzulaufbereiches anord- nen lässt. Das keramische Kühlelement wird zweckmäßig zur Kühlung eines Leistungsbauteils eingesetzt, der mit einem Halteelement federnd gegen das Kühlelement gedrückt wird, wobei das Halteelement auch eine ggfs. den Leistungsbauteil tragende Leiterplatte der elektronischen Steuerung am Heizmodul festlegen kann. Jedoch lässt sich das keramische Kühlelement auch gewinnbringend verwenden, wenn die Leiter- platte auf herkömmliche Weise am Heizmodul festgelegt wird.
Wenn das den Leistungsbauteil an der Kühlschnittstelle positionierende Halteelement auch die Leiterplatte am Heizmodul festlegt, wird der Herstellungs- und Montageaufwand deutlich reduziert, da separate Befestigungselemente entfallen. Die Leiterplatte kann mit dem Halteelement für den Leistungsbauteil auch dann am Heizmodul festgelegt werden, wenn der Leistungsbauteil anders als mit einem keramischen Kühlelement gekühlt wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das ke- ramische Kühlelement zur Kühlung des Leistungsbauteils günstig so in den Heizmodul eingegliedert ist, dass eine Verrohrung nur zu Kühlzwecken entfallen kann. Der zweckmäßig direkt an der Leiterplatte montierte Leistungsbauteil wird mit einem Halteelement am Kühlelement platziert und vom Halteelement über die Leiterplatte gegen das Kühlelement gepresst. Schließlich wird die Leiterplatte durch das Halteelement, das den Leistungsbauteil an das Kühlelement presst, am Heizmodul festgelegt. Falls überhaupt, genügen Hilfsabstützungen zur endgültigen Positionierung der Leiterplatte, die mit weiteren elektronischen Bauteilen bestückt sein kann, um die Leiterplatte im Betrieb und beim Transport ordnungsgemäß festzulegen. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform wird das keramische Kühlelement zwischen der Außenseite des Heizmoduls und dem Kaltwasserzulaufbereich im Heizmodul wasserdicht eingesetzt. Zum Eingliedern der Kühlschnittstelle in den Heizmodul sind dadurch nur geringfügige Modifikationen im Zulaufbereich erforderlich. Für die Eingliede- rung des keramischen Kühlelementes bei oder nach der Formung des Heizmoduls bzw. eines Heizmodul-Bauteils gibt es beispielsweise verschiedene Möglichkeiten. Eine Möglichkeit wäre direktes Umspritzen beim Spritzgussprozess. Technisch einfach könnte das Kühlelement auch nachträglich durch Einpressen, Schweißen, Kleben oder Verrasten eingesetzt werden. Dabei könnte ein Dichtelement, z.B. ein O-Ring, mit ein- gebaut werden.
Zweckmäßig wird der Leistungsbauteil durch ein federndes Halteelement in Kühlkontakt mit dem Kühlelement gehalten. Das Halteelement könnte mit herangezogen werden, um auch das nur lose angebrachte Kühlelement wasserdicht festzulegen. Einer Lösung, bei der das Kühlelement für sich wasserdicht festgelegt ist und seine freiliegende Kontaktfläche zum Aufliegen des Leistungsbauteils gut zugänglich präsentiert, ist der Vorzug zu geben.
Ein plättchen-, Scheiben- oder kappenförmiges keramisches Kühlelement ist kosten- günstig und mit hoher Formtreue und Maßgenauigkeit herstellbar. Diese geometrischen Formen bieten auch ausreichende Gestaltfestigkeit, damit das Kühlelement der mechanischen, thermischen und der hydraulischen Belastung problemlos gewachsen ist. Die Kappenform präsentiert die Kontaktfläche für den Leistungsbauteil gut zugänglich. Im Kappenrandbereich liegt genügend Angriffsfläche zum Fixieren und/oder Ab- dichten vor.
Zur Optimierung der Kühlwirkung ist zweckmäßig, wenn das Kühlelement im Wesentlichen senkrecht zur Zuströmrichtung des Kaltwassers zur Kühlschnittstelle angeordnet ist. Dadurch lässt sich ein effektiver Wärmetransfer vom Kühlelement ins Wasser errei- chen. Die Anströmfläche des Kühlelementes könnte strömungsgünstig gestaltet sein, z.B. konkav, um die Gefahr unerwünschter Turbulenzen zu reduzieren. Es wäre auch möglich, die Anströmfläche so zu strukturieren, dass die mit dem Wasserstrom in Kon- takt kommende Oberfläche vergrößert wird, z.B. durch Rippen, die auch zur Strömungsführung beitragen können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist am Heizmodul ein eine Öffnung aufweisender Wasserdom angeordnet, der einen Zulaufkanal und einen Ablaufkanal enthält. Die Kanäle können sich am Kühlelement vereinigen. Das keramische Kühlelement ist wasserdicht in der Öffnung angeordnet. Der Wasserdom bedeutet nur eine geringfügige Modifizierung, des Kaltwasserzulaufbereiches des Heizmoduls. Der Wasserdom lässt sich aus dem Material des Heizmoduls und/oder des Kaltwasserzulaufbereichs problemlos formen, und ermöglicht es, das eingesetzte Kühlelement exponiert dort zu plat- zieren, wo der Leistungsbauteil gut montierbar ist. Zweckmäßig befindet sich der Wasserdom in der Bauteilgruppe der elektronischen Steuerung, oder umgekehrt.
Zweckmäßig ist im Wasserdom eine Überlaufschwelle vorgesehen, zu der Strömungsleitflächen führen, die das zulaufende Kaltwasser im Wesentlichen senkrecht auf die Anströmfläche des Kühlelementes bringen und das abströmende Wasser möglichst schnell abführen, um entlang der Anströmfläche eine für den Kühleffekt günstige, intensive Strö.mungsdynamik zu erzwingen.
Das Halteelement ist zweckmäßig eine U-förmige Federklammer, die sich kostengüns- tig, beispielsweise als Blechstanz-Biegeteil, herstellen lässt. Das Halteelement könnte aber auch eine Federklammer mit mehr als zwei Halteschenkeln und einer Federstruktur zum Anpressen des Leistungsbauteils sein.
Am Wasserdom sind zweckmäßig außen Widerlager, beispielsweise Steckschächte, für die Halteschenkel des Halteelements angeformt. Dort gibt es eine günstige Haltetiefe für die Federklammer.
Die Widerlager für das Halteelement nahe der Kühlschnittstelle sind auch zweckmäßig, wenn das Halteelement nicht nur zum Anpressen des Leistungsbauteils an das Kühl- element verwendet wird, sondern auch zum zumindest teilweisen Festlegen der Leiterplatte der elektronischen Steuerung am Heizmodul. Zusätzlich können am Heizmodul Positionierelemente für die Leiterplatte angeformt sein, die unter der Haltekraft des Halteelements die Positionierung und den Sitz der Leiterplatte verbessern. Das Halte- element kann in diesem Fall den Leistungsbauteil, der zweckmäßig an der Leiterplatte direkt montiert ist, mittelbar über die Leiterplatte an das Kühlelement anpressen.
Unabhängig davon, ob das Halteelement nur zum Anpressen des Leistungsbauteils an das Kühlelement oder auch zum zumindest teilweisen Festlegen der Leiterplatte am Heizmodul verwendet wird, lässt sich dasselbe Halteelement verwenden, z.B. eine U- förmige Federklammer. Im Hinblick darauf, dass die Leiterplatte großflächiger und schwerer sein kann als der Leistungsbauteil, wäre es zum Festlegen der Leiterplatte möglich, ein größeres und/oder stärkeres Halteelement mit einer anderen Form zu verwenden.
Eine gute federnde Anpresswirkung für den Leistungsbauteil und/oder die Leiterplatte lässt sich erzielen, wenn das als U-Federklammer ausgebildete Halteelement im Quersteg abwechselnd ein- und auswärts gebogen ist.
In den Halteschenkeln können längsverlaufende Versteifungssicken geformt sein, die, vorzugsweise, z.B. bei der Montage der Federklammer ein ungewolltes Ausknicken oder Verwinden der Halteschenkel ausschließen.
Typischerweise ist der zu kühlende Leistungsbauteil ein Triac-Schaltglied, das im Be- trieb des Durchlauferhitzers Wärme generiert und mittels des keramischen Kühlelementes vom zulaufenden Kaltwasser gekühlt wird.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt eines Teils eines Durchlauferhitzers, und
Fig. 2 perspektivisch einen Ausschnitt aus Fig. 1.
Von einem Durchlauferhitzer D mit elektronischer Regelung oder Steuerung S, ist in Fig. 1 im Schnitt ein Teil eines Heizmoduls M gezeigt, der aus zwei miteinander verbundenen Modul-Formteilen 1 , 2 (beispielsweise Spritzguss-Formteilen) besteht. Der Heizmodul M wird in Betriebslage des Durchlauferhitzers D von einer gestrichelt ange- deuteten Haube F abgedeckt. Der Heizmodul M ist an nicht gezeigte Wasserzu- und - ablaufe und elektrisch an das Stromnetz angeschlossen.
Die elektronische Steuerung S für wenigstens ein nicht gezeigtes Heizelement im Heizmodul weist eine Leiterplatte P mit daran montierten Bauteilen und wenigstens einen elektronischen Leistungsbauteil B auf, der in Fig. 1 an der Leiterplatte P montiert ist. Bei dem Leistungsbauteil B handelt es sich beispielsweise um ein Triac-Schaltglied, das im Betrieb des Durchlauferhitzers D Wärme generiert und einer Kühlung bedarf. Aus diesem Grund ist der Leistungsbauteil B an einer Kühlschnittstelle K mit dem Kaltwasserzulauf des Heizmoduls M platziert. Der Leistungsbauteil B ist mittels wenigstens eines Halteelementes H in Anlage an einem keramischen Kühlelement E gehalten, das an der Kühlschnittstelle K den Leistungsbauteil B elektrisch gegenüber dem Wasser isoliert und einen Wärmeübertragungskörper zum Wasser bildet.
Bei der gezeigten Ausführungsform beaufschlagt das Halteelement H die Leiterplatte P, um den Leistungsbauteil B mittelbar über die Leiterplatte P in Anlage am Kühlelement E zu halten. Das Halteelement H dient hier gleichzeitig zum Festlegen der Leiterplatte P am Heizmodul M.
Bei einer nicht gezeigten Alternative könnte das Halteelement H den getrennt von der Leiterplatte P angeordneten Leistungsbauteil B direkt beaufschlagen und in Anlage am Kühlelement E halten. Die Leiterplatte P wäre dann anders angebracht.
Die Heizmodul-Formteile 1 , 2 begrenzen einen innenliegenden Kaltwasser-Zulaufkanal 3, in dem das Kaltwasser vor dem Aufheizen in Richtung des Pfeiles R strömt. Das Kaltwasser kommt aus einem in den Formteil 1 vorzugsweise einstückig eingeformten Wasserdom 4, der eine Öffnung 5 besitzt, in die das keramische Kühlelement E wasserdicht eingesetzt ist, beispielsweise mittels eines O-Ringes 13. Der Rand der Öffnung 5 ist beispielsweise plastisch verformt oder umgebördelt, um das Kühlelement E dicht festzulegen. Alternativ ist es denkbar, das Kühlelement E einzukleben oder be- reits beim Formen des Formteils 1 mit einzuformen, z.B. zu umspritzen. Als weitere Alternative könnte das Kühlelement E auch nur durch den Haltedruck des Halteelements H in Dichtschluss gehalten sein. Im Wasserdom 4 ist ein beispielsweise an den nicht gezeigten Kaltwasserzulauf angeschlossener Zulaufkanal 6 geformt, der von einem Ablaufkanal 9 durch eine Trennwand 7 getrennt ist, die an einer oben liegenden Überlaufschwelle 8 im Abstand vom keramischen Kühlelement E endet. Zumindest die Trennwand 7 bildet im Wesentlichen senkrecht gegen das Kühlelement E orientierte Strömungsleitflächen, damit die durch den Bogenpfeil Z angedeutete Kaltwasserströmung das Kühlelement E möglichst intensiv und verwirbelungsarm beaufschlagt (s. Fig. 2).
Bei der gezeigten Ausführungsform sind nahe des Wasserdoms 4 am Formteil 1 Widerlager 10, z.B. Steckschächte, für das Haltelement H vorgesehen, in denen das Haltelement H in der in Fig. 1 gezeigten Betriebslage verankert ist.. Zur zusätzlichen Festlegung der Leiterplatte P können weiteren Positionierelemente 1 1, z.B. Stützfüße am Formteil 1 , vorgesehen sein, auf denen die Leiterplatte P unter der Haltekraft des Halteelementes H aufsitzt, und die, vorzugsweise, zumindest zwei Ecken der Leiterplatte P auch seitlich umfassen. Die Positionierelemente 11 können Tiefenanschläge 12 zur Sicherung der Leiterplatte P besitzen.
Bei der dargestellten Montageweise ist der Leistungsbauteil B elektrisch gegenüber dem Wasser isoliert, und benötigt das zulaufende Kaltwasser im Heizmodul M an der Schnittstelle K keine metallische Verrohrung, so dass der Leistungsbauteil B nicht se- parat geerdet zu werden braucht. Die Leiterplatte P wird üblicherweise ohnedies geerdet.
Fig. 2 verdeutlicht in vergrößertem Maßstab, wie das als eine Kappe 14 ausgebildete keramische Kühlelement E mit seinem unteren, verbreiterten Kappenrand auf dem O- Ring 13 aufliegt, der in eine Fassung der Öffnung 5 eingelegt ist. Das Kühlelement E kann, wie erwähnt, beispielsweise durch Umbördeln des Öffnungsrandes oder Umspritzen, Kleben, und ähnlichen Verbindungsarten in seiner gezeigten Abdichtlage festgelegt sein. Es ist allerdings auch möglich, nur die Haltekraft des Halteelementes H zum Herstellen des Dichtflusses für das Kühlelement E zu verwenden.
Abweichend von der Kappenform könnte das Kühlelement auch ein Plättchen oder eine Scheibe aus keramischem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit sein. Die freiliegende Oberseite des Kühlelementes E bildet in Fig. 2 eine ebene Kontaktfläche 15 für den Leistungsbauteil B, während die Innen- oder Unterseite der Kappe 14 eine hier beispielsweise topfförmige Anströmfläche 16 für das Kaltwasser aus dem Zulaufkanal 6 bildet. Die Überlaufschwelle 8 liegt der Anströmfläche 16 mit einem Abstand gegenüber, der so gewählt wird, dass entlang der Anströmfläche 16 für eine effiziente Wärmeabfuhr optimale Strömungsverhältnisse vorliegen.
Das Haltelement H ist eine U-förmiger Federklammer mit einem Quersteg 17 und z.B. zwei Halteschenkeln 19. Der Quersteg 17 hat im Hinblick auf eine wünschenswerte Federwirkung mehrere abwechselnde Umbiegungen 18. An den Halteschenkeln 19 sind beispielsweise sägezahnartige Verriegelungsvorsprünge 20 geformt, die sich in den Widerlagern 10 selbsttätig verankern, ggfs. sind auch die Widerlager 10 innen gezahnt. Längsverlaufende Versteifungssicken 21 erhöhen die Gestaltfestigkeit der Halteschenkel 19. Das Haltelement H der Fig. 1 und 2 ist zweckmäßig ein Blechstanzbie- geteil aus einem geeigneten Metall. Alternativ könnte das Halteelement auch ein Kunststoffformteil oder ein Verbundteil sein.

Claims

Patentansprüche
1. Durchlauferhitzer (D), insbesondere Shower-Heater, mit einer elektronischen Steuerung (S) für einen Heizmodul (M), wobei am Heizmodul (M) wenigstens ein elektronischer Leistungsbauteil (B) an einer Kühlschnittstelle (K) mit dem Kaltwasserzu- . lauf (Z) platziert und ggfs. eine Leiterplatte (P) festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kühlschnittstelle (K) ein keramisches Kühlelement (E) vorgesehen ist, das den Leistungsbauteil (B) elektrisch isolierend und physikalisch vom Kaltwasser trennt, und dass der Leistungsbauteil (B) ungeerdet kontaktiert ist.
2. Durchlauferhitzer (D), insbesondere Shower-Heater, mit einer elektronischen Steuerung (S) für einen Heizmodul (M), wobei am Heizmodul (M) wenigstens ein elektronischer Leistungsbauteil (B) an einer Kühlschnittstelle (K) mit dem Kaltwasserzulauf (Z) platziert und eine Leiterplatte (P) festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbauteil (B) mit wenigstens einem Halteelement (H) an der Kühlschnittstelle (K) platziert ist, mit dem auch die Leiterplatte (P) am Heizmodul
(M) festgelegt ist.
3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Kühlelement (E) zwischen der Außenseite des Heizmoduls (M) und dem Kaltwasserzulauf (Z) wasserdicht eingesetzt ist.
4. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Kühlelement (E) bei oder nach der Formung des Heizmoduls (M) bzw. eines Heizmodul-Bauteils (1 , 2) eingesetzt ist.
5. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbauteil (B) durch ein, vorzugsweise federndes, Halteelement (H) in Kühlkontakt mit dem keramischen Kühlelement (E) gehalten ist, und dass, vorzugsweise, das keramische Kühlelement (E) ebenfalls mittels des Halteelements (H) wasser- dicht festgelegt ist.
6. Durchlauferhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Kühlelement (E) durch wenigstens einen O-Ring (13) abgedichtet ist.
7. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Kühlelement (E) ein Plättchen, eine Scheibe oder eine Kappe (14) mit einer, vorzugsweise ebenen und/oder geglätteten, Kontaktfläche (15) für den Leistungsbauteil (B) und einer Anströmfläche (16) für Kaltwasser ist.
8. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Kühlelement (E) im Wesentlichen senkrecht zur Zuströmrichtung des Kalt- wassers zur Kühlschnittstelle (K) angeordnet ist.
9. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Heizmodul (M) im Kaltwasserzulaufbereich (Z) ein eine Öffnung (5) aufweisender Wasserdom (4) vorgesehen ist, der einen Zulaufkanal (6) zu und einen Ablaufkanal (9) von der Öffnung (5) enthält, und dass das keramische Kühlelement (E) in der Öffnung (5) abgedichtet angeordnet ist, wobei, vorzugsweise, die Kontaktfläche (5) aus der Öffnung (5) vorsteht.
10. Durchlauferhitzer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Wasser- dorn (4) zwischen den Kanälen (6, 9) eine im Abstand von der Anströmfläche (16) des Kühlelements (E) liegende Überlaufschwelle (8) vorgesehen ist, zu der, vorzugsweise, im Wesentlichen senkrecht zur Anströmfläche (16) orientierte Strömungsleitflächen führen.
1 1. Durchlauferhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (H) eine annähernd U-förmige Federklammer, vorzugsweise als Blechstanz- Biegeteil oder Bandmaterial-Biegeteil, mit mindestens zwei sägezahnartige Vorsprünge (20) tragenden Halteschenkeln (19) und einem, vorzugsweise federnd ausgebildeten, Quersteg (17) ist, der mittelbar oder unmittelbar auf den Leistungs- bauteil (B) auflegbar ist.
12. Durchlauferhitzer nach den Ansprüchen 9 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass nahe des Wasserdoms (4) am Heizmodul (M), vorzugsweise als Steckschächte _ <
(10) ausgebildete, Widerlager für die Halteschenkel (19) der Federklammer (14> angeformt sind.
13. Durchlauferhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Heizmodul (M) im Bereich der Kühlschnittstelle (K) Widerlager (10) für das Halteelement (H) und, vorzugsweise, Positionierelemente (11) für die Leiterplatte (P) vorgesehen sind.
14. Durchlauferhitzer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kühlschnittstelle (K) ein, vorzugsweise keramisches, Kühlelement (E) mit einer Kontakt- fläche (15) für den Leistungsbauteil (B) wasserdicht angeordnet ist, vorzugsweise in einer Öffnung (5) eines Wasserdoms (4), dass der Leistungsbauteil (B) an der Leiterplatte (P) montiert und über die Leiterplatte (P) und das Halteelement (H) auf die Kontaktfläche (15) des Kühlelements (E) gepresst ist, dass die Kontaktfläche (15) ein Positionierelement für die Leiterplatte (P) bildet, und dass am Heizmodul (M) weitere Positionierelemente (11), beispielsweise in Form von Stützfüßen, vorzugsweise mit Tiefenanschlägen (12), für die Leiterplatte (P), vorzugsweise für die Leiterplattenecken, vorgesehen sind.
15. Durchlauferhitzer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Halte- element (H) eine annähernd U-förmige Federklammer, vorzugsweise ein Blechstanz-Biegeteil oder Bandmaterial-Biegeteil, mit wenigstens zwei sägezahnartige Vorsprünge (20) tragenden Halteschenkeln (19) und einem, vorzugsweise federnd ausgebildeten, Quersteg (17) ist, der mittelbar oder unmittelbar auf dem Leistungsbauteil (B) aufliegt.
16. Durchlauferhitzer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Quersteg (17) gegenüber einem geraden Verlauf abwechselnd ein- und auswärts gebogen ist.
17. Durchlauferhitzer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den Halteschenkeln (19) längsverlaufende Versteifungssicken (21) geformt sind.
18. Durchlauferhitzer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbauteil (B) ein Triac-Schaltglied ist.
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