DE10209905B4 - Elektrisches Heizgerät, insbesondere Durchlauferhitzer - Google Patents
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Abstract
Elektrisches Heizgerät zur Beheizung eines Mediums, insbesondere Durchlauferhitzer, mit wenigstens einem Halbleiterschalter, zur Steuerung der Leistung wenigstens eines elektrischen Heizkörpers (7), wobei der Halbleiterschalter einen ersten an dem Heizkörper (7) liegenden Anschlusspol (MT1) und einen zweiten an einer Anschlussklemme des elektrischen Netzes liegenden Anschlusspol (MT2) aufweist und ein Steuerpol (G) des Halbleiterschalters an eine Steuerschaltung gelegt ist und der Halbleiterschalter zu seiner Kühlung außen an einem das Medium beinhaltenden Raum des Heizgeräts wärmeleitend angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Halbleiterkörper (11) des Halbleiterschalters an einem wärmeleitenden Verschlussstück (9) des Raumes (3) an der dem Raum (3) abgewandten Seite wärmeleitend befestigt ist,
dass durch diese Befestigung der erste Anschlusspol (MT1) mit dem Verschlussstück (9) elektrisch verbunden ist und dass das Verschlussstück (9) mit dem Heizkörper (7) elektrisch verbunden ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Halbleiterkörper (11) des Halbleiterschalters an einem wärmeleitenden Verschlussstück (9) des Raumes (3) an der dem Raum (3) abgewandten Seite wärmeleitend befestigt ist,
dass durch diese Befestigung der erste Anschlusspol (MT1) mit dem Verschlussstück (9) elektrisch verbunden ist und dass das Verschlussstück (9) mit dem Heizkörper (7) elektrisch verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizgerät, insbesondere Durchlauferhitzer, zur Beheizung eines Mediums, mit wenigstens einem Halbleiterschalter, insbesondere Triac, zur Steuerung der Leistung wenigstens eines elektrischen Heizkörpers, wobei der Halbleiterschalter einen ersten an dem Heizkörper liegenden Anschlusspol und einen zweiten an einer Anschlussklemme des elektrischen Netzes liegenden Anschlusspol aufweist, und ein Steuerpol des Halbleiterschalters an eine Steuerschaltung gelegt ist und der Halbleiterschalter zu seiner Kühlung außen an einem das Medium beinhaltenden Raum des Heizgeräts wärmeleitend angeordnet ist.
- Ein derartiges elektrisches Heizgerät ist in der
DE 41 06 273 C1 beschrieben. Die Gehäuse der Triacs sind zu ihrer Kühlung an einem wasserführenden Rohrstück des Durchlauferhitzers mittels eines wärmeleitenden Metallblocks befestigt. Die einen Anschlusspole der Triacs sind jeweils an eine Phase des Wechselstroms über Leitungen angeschlossen. Die anderen Anschlusspole sind über separate Leitungen mit den elektrischen Heizkörpern verbunden. Die Steuerpole der Triacs sind an eine Steuerschaltung gelegt. Das Anschließen erfolgt dabei über die bei einem üblichen Aufbau eines Triacs aus dessen Gehäuse ragende Anschlussstifte. Das Gehäuse eines Triacs mit üblichem Aufbau ist gegenüber den Anschlussstiften elektrisch isoliert. - Die
US 4,762,980 beschreibt ein Gerät zur Erwärmung eines fluiden Mediums mit einem Triac zur Steuerung der Leistung eines elektrischen Heizkörpers. Der Triac ist an einer wärmeleitenden Platte befestigt. - Aus der
AT 405 778 B - In der Praxis sind die Anschlussstifte des Triacs auf eine Leiterplatte gelötet und das Gehäuse des Triacs ist mit einem Kühlkörper verschraubt. Der Kühlkörper seinerseits ist fest mit der Leiterplatte verschraubt, um mechanische Belastungen des Gehäuses des Triacs auf die Anschlussstifte zu vermeiden. Diese mechanische Belastung muss möglichst gering gehalten werden, weil die Lebensdauer des Triacs bei hoher mechanischer Beanspruchung deutlich reduziert wird.
- Die Leitung der bei einem Triac fließenden hohen Ströme, beispielsweise bis zu 45 A, auf der Leiterplatte ist aufwändig. So ist u. a. eine vergleichsweise dicke Kupferlage der Leiterplatte zur Stromleitung erforderlich. Eine dicke Kupferlage jedoch widerspricht dem Einsatz von dünnen Leiterbahnen auf der gleichen Leiterplatte. Aus diesem Grund und wegen der auf der Leiterplatte entstehenden hohen Temperaturen, wird nach dem Stand der Technik die Steuerschaltung auf einer Leiterplatte realisiert, die von der die Leistungsschaltung enthaltenden Leiterplatte getrennt ist. Dies ist aufwändig. Der Anschluss des Leistungsteil und der Heizkörper an das Netz wird üblicherweise durch Kabel hergestellt, die entweder direkt in die Leiterplatte eingelötet sind oder an Einpressmuttern der Leiterplatte geschraubt sind. Beide Verbindungstechniken sind aufwändig. Die Einpressmuttern sind kostenaufwändig und das direkte Einlöten der Kabel in die Leiterplatte erschwert einen automatischen Wellenlötprozess. Ein solcher wird unmöglich, wenn auf der gleichen Leiterplatte temperatursensible Komponenten montiert sind.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Heizgerät der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die Kühlung der Halbleiterschalter und/oder der elektromechanische Aufbau vereinfacht ist.
- Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
- Durch die wärmeleitende Befestigung des Halbleiterkörpers des Halbleiterschalters oder des Halbleiterschalters an dem Verschlussstück ist eine gute Ableitung der Verlustwärme des Halbleiterschalters auf das zu erwärmende Medium gegeben. Durch die mechanische Befestigung des Halbleiterkörpers oder des Halbleiterschalters am Verschlussstück ist es überflüssig, diesen an einer Leiterplatte zu befestigen. Durch die direkte elektrische Verbindung des einen Anschlusspols des Halbleiterkörpers des Halbleiterschalters oder des Halbleiterschalters mit dem Verschlussstück und dessen elektrische Verbindung mit dem elektrischen Heizkörper erübrigt sich eine separate Leitung zur Schaffung dieser Verbindung.
- Durch die beschriebene Anordnung kann auf ein auf einer Leiterplatte angeordnetes Leistungsteil verzichtet werden. Dadurch ist eine beträchtliche Reduzierung der nötigen Leiterplattenfläche des elektrischen Heizgeräts erreicht. Die Leiterplatte braucht nur die Steuerschaltung zu tragen. Da auf dieser Leiterplatte keine hohen, die elektrische Leistung der Heizkörper schaltenden Ströme fließen, kann die noch nötige Leiterplatte kompakt aufgebaut und kostengünstig hergestellt werden. Die nur für die Steuerschaltung nötige Leiterplatte lässt sich wahlfrei im elektrischen Heizgerät anordnen. Ihre Lage ist nicht von der Führung es Mediums im Gerät, insbesondere Wasserführung, abhängig. Die Anzahl der im Gerät zu verlegenden, wegen hoher Stromflüsse steifen Kabel ist gegenüber dem Stand der Technik reduziert.
- Ein besonderer Kühlkörper ist beim beschriebenen Heizgerät nicht erforderlich, da das Verschlussstück selbst dessen Funktion übernimmt.
- Die beschriebene Anordnung kann auch bei einem Heizgerät, insbesondere Durchlauferhitzer, eingesetzt werden, der nicht elektronisch über Heizleiterschalter, sondern hydraulisch, beispielsweise über einen Differenzdruckschalter, gesteuert ist.
- Vorzugsweise wird der Halbleiterkörper (Die), insbesondere Triac-Die, selbst in der beschriebenen Weise wärmeleitend, mechanisch und elektrisch mit dem Verschlussstück verbunden. Ein solcher Halbleiterkörper (Die) hat die Funktion des Halbleiterschalters, insbesondere Triacs, ohne jedoch dessen übliche Gehäuse zu besitzen. Dadurch ist die Verbindung zwischen dem Verlustwärme entwickelnden Halbleiterkörper und dem Verschlusskörper besonders eng, d. h. der thermische Widerstand zwischen dem Halbleiterkörper und dem vom Medium, insbesondere Wasser, beströmten Verschlusskörper ist gering. Damit ist es möglich, den den Halbleiterkörper tragenden Verschlusskörper an einer Stelle des Heizgeräts anzuordnen, die im Bereich des schon vom Heizkörper erwärmten Mediums liegt. Dies erweitert die Gestaltungsfreiheit bei dem Entwurf des elektrischen Heizgeräts.
- Es ist jedoch auch möglich, einen Halbleiterschalter mit Gehäuse an dem Verschlussstück anzuordnen, wobei dann ebenfalls die genannten, wärmeleitenden, mechanischen und elektrischen Verbindungen bestehen.
- Vorzugsweise ist das Verschlussstück ein den Heizkörper, insbesondere Blankdrahtheizkörper, selbst tragender, für dessen Befestigung ohnehin nötiger Heizwendelbolzen.
- Die beschriebene Anordnung ist nicht auf den Einsatz bei elektrischen Durchlauferhitzern beschränkt. Sie kann auch bei anderen elektrischen Heizgeräten zum Einsatz kommen, die ein Medium, beispielsweise auch Luft, beheizen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den Unteransprüchen.
- In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Teil-Schnittansicht eines Blankdraht-Durchlauferhitzers, wobei nur ein Heizkörper dargestellt ist, -
2 eine perspektivische Ansicht des Blankdraht-Heizkörpers des Durchlauferhitzers mit Heizwendelbolzen und an diesem angeordneten Halbleiterkörper, -
3 eine teils geschnittene Ansicht in Richtung der Pfeile III nach1 und2 , -
4 eine schematische Darstellung eines Halbleiterkörpers mit Triacfunktion, ohne Gehäuse. - In
1 ist zur Vereinfachung der Darstellung im Durchlauferhitzer nur ein Heizkörper gezeigt. Die Darstellung lässt sich auf einen Durchlauferhitzer mit drei Heizkörpern und entsprechenden Wasserstrecken sowie entsprechendem Netzanschluss übertragen. - Nach
1 besteht ein Wasserleitblock1 eines elektrischen Durchlauferhitzers aus einem Formteil2 , in dem parallele Wasserkanäle3 ,4 ausgebildet sind, und aus zwei Kopfteile bildenden Formteilen5 , von denen in1 nur eines gezeigt ist. Im Formteil5 sind Umlenkstrecken6 für die Wasserströmung vom Wasserkanal3 ,4 in den Wasserkanal4 ,3 ausgebildet. Die Formteile2 ,5 bestehen aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff. - Im Wasserkanal
3 ist ein gewendelter Blankdraht-Heizkörper7 angeordnet, dessen eines Ende8 an einem metallischen Heizwendelbolzen9 elektrisch leitend mechanisch befestigt ist. Der andere Wasserkanal4 dient in üblicher Weise für die elektrische Isolation als Vorlaufstrecke bzw. Nachlaufstrecke. Mittels des Heizwendelbolzens9 ist der Heizkörper7 am Wasserleitblock1 festlegbar. Das andere, nicht näher dargestellte Ende des Heizkörpers7 ist entsprechend an einem Heizwendelbolzen befestigt und zu einer Anschlussklemme geführt, an die eine der Phasen oder der Nullleiter des elektrischen Wechselstromnetzes anzuschließen ist. - Der Heizwendelbolzen
9 weist eine Führungsöffnung10 auf, in die das eine Ende8 des Blankdraht-Heizkörpers7 eingesteckt ist, und in der das Ende8 mechanisch gehalten und mit dem Heizwendelbolzen9 elektrisch verbunden ist. - In entsprechender Weise kann der Heizkörper
7 auch von einem Rohrheizkörper gebildet sein. - An der der Umlenkstrecke
6 , bzw. dem diese durchströmenden Wasser, abgewandten Seite des Heizwendelbolzens9 ist ein plättchenförmiger Halbleiterkörper11 befestigt, der die Funktion eines Triacs (vgl.4 ) hat, ohne das bei einem handelsüblichen Triac übliche Gehäuse aufzuweisen. Der Halbleiterkörper11 ist damit ein Triac-Die. Der Halbleiterkörper11 weist einen ersten Anschlusspol MT1, einen zweiten Anschlusspol MT2 und einen Steuerpol G auf (vgl.3 ,4 ). Der Anschlusspol MT1 ist direkt, flächig, mit der der Wasserseite abgewandten Oberfläche des Heizwendelbolzens9 wärmeleitend, mechanisch und elektrisch verbunden. Diese Verbindung kann durch Bonden, Kleben oder in einer ähnlichen Weise erfolgen. - An dem zweiten Anschlusspol MT2 und dem Steuerpol G des Halbleiterkörpers
11 ist jeweils ein Anschlussstück12 ,13 mechanisch und elektrisch leitend befestigt. Diese Befestigung kann beispielsweise durch Bonden oder in sonstiger Weise hergestellt sein. An den Anschlussstücken12 ,13 ist jeweils ein Anschlussdraht14 ,15 mechanisch und elektrisch befestigt. Diese Befestigung kann mittels einer ebenfalls bekannten Verbindungstechnik, wie beispielsweise Löten, Crimpen oder Schrauben, erfolgen. - Der mit dem zweiten Anschlusspol MT2 verbundene Anschlussdraht
14 ist über eine übliche, nicht dargestellte Anschlussklemme des Durchlauferhitzers an eine Phase L1, L2, L3 des Wechselstromnetzes oder dessen Nullleiter N gelegt, je nachdem an welcher Phase oder am Nullleiter N das andere Ende des Heizkörpers7 liegt. - Der Anschlussdraht
15 ist zu einer nicht näher dargestellten Steuerschaltung des Durchlauferhitzers geführt, die auf einer Leiterplatte untergebracht ist. Die Lage dieser Leiterplatte im Durchlauferhitzer ist durch die Anordnung des Halbleiterkörpers11 am Heizwendelbolzen9 nicht beschränkt. Die Leiterplatte kann an einer geeigneten Stell im Durchlauferhitzer angeordnet sein. - Der den Blankdraht-Heizkörper
7 tragende Heizwendelbolzen9 ist in eine Öffnung16 des Wärmeleitblocks1 , speziell dessen ein Kopfteil bildendes Formteil5 , eingesetzt. Der Heizwendelbolzen9 weist eine Ringnut17 auf, in die ein O-Ring18 eingelegt ist, welcher die Wasserdichtigkeit gewährleistet. Zur mechanischen Halterung des Heizwendelbolzens9 in der Öffnung16 sind in dieser ein Rand19 und eine Ringnut20 gestaltet. In die Ringnut20 ist ein Befestigungsring21 , insbesondere Sprengring, zur Fixierung des Heizwendelbolzens9 in der Öffnung16 bzw. an deren Rand19 eingeschnappt. - Um den Halbleiterkörper
11 an dessen angeschlossenen Pole MT1, MT2, G gegen äußere Einflüsse zu schützen und mechanisch zu stabilisieren, sind der Halbleiterkörper11 und die an diesem liegenden Enden der Anschlussstücke12 ,13 in eine Vergussmasse22 eingebettet. Die Vergussmasse22 wird aufgebracht, nachdem der Halbleiterkörper11 an dem Heizwendelbolzen9 befestigt ist und am Halbleiterkörper11 die Anschlussstücke12 ,13 befestigt sind. Zur Unterstützung der Wirkung der Vergussmasse22 sind die Anschlussstücke12 ,13 abgewinkelt (vgl.1 ).
Claims (8)
- Elektrisches Heizgerät zur Beheizung eines Mediums, insbesondere Durchlauferhitzer, mit wenigstens einem Halbleiterschalter, zur Steuerung der Leistung wenigstens eines elektrischen Heizkörpers (
7 ), wobei der Halbleiterschalter einen ersten an dem Heizkörper (7 ) liegenden Anschlusspol (MT1) und einen zweiten an einer Anschlussklemme des elektrischen Netzes liegenden Anschlusspol (MT2) aufweist und ein Steuerpol (G) des Halbleiterschalters an eine Steuerschaltung gelegt ist und der Halbleiterschalter zu seiner Kühlung außen an einem das Medium beinhaltenden Raum des Heizgeräts wärmeleitend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (11 ) des Halbleiterschalters an einem wärmeleitenden Verschlussstück (9 ) des Raumes (3 ) an der dem Raum (3 ) abgewandten Seite wärmeleitend befestigt ist, dass durch diese Befestigung der erste Anschlusspol (MT1) mit dem Verschlussstück (9 ) elektrisch verbunden ist und dass das Verschlussstück (9 ) mit dem Heizkörper (7 ) elektrisch verbunden ist. - Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussstück (
9 ) an dem Heizkörper (7 ) befestigt ist und dabei mit diesem mechanisch und elektrisch verbunden ist. - Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussstück (
9 ) ein metallischer Heizwendelbolzen (9 ) des Heizkörpers (7 ) ist, mit dem der Heizkörper (7 ) im Durchlauferhitzer befestigt ist. - Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (
11 ) mit dem Verschlussstück (9 ) durch Bonden verbunden ist. - Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlusspol (MT2) des Halbleiterkörpers (
11 ) unter Umgehung einer die Steuerschaltung tragenden Leiterplatte direkt an eine Anschlussklemme des Netzes gelegt ist. - Heizgerät Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Anschlusspol (MT2) und am Steuerpol (G) des Halbleiterkörpers (
11 ) Anschlussstücke (12 ,13 ), insbesondere durch Bonden, befestigt sind. - Heizgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Anschlussstücken (
12 ,13 ) Anschlussdrähte (14 ,15 ) befestigt sind, wobei der eine Anschlussdraht (14 ) zu einer Anschlussklemme des Netzes und der andere Anschlussdraht (15 ) zu einer die Steuerschaltung tragenden Leiterplatte geführt ist. - Heizgerät Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlusspol (MT2) und der Steuerpol (G) in eine Vergussmasse (
22 ) eingebettet sind.
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20111008 |
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R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |