| WO/2002/032703 | HEATING, VENTILATING AND/OR AIR CONDITIONING APPLIANCES |
| JP55068413 | AUTOMOBILE HEATING SYSTEM |
| JP10297269 | VISCOUS HEATER |
| 1. | Heizvorrichtung für das Kühlwasser eines mit einer KühlwasserPumpe versehenen VerbrennungsMotors, mit einem eine Arbeitskammer (18) mit viskoser Flüssigkeit (40) um¬ schließenden Gehäuse (6), o5 mit einem in der Arbeitskammer (18) angeordneten, Spalte (20, 21, 22) zu Wänden (8, 9, 11) des Gehäuses (6) begrenzenden Rotor (19), mit einer vom Motor drehantreibbaren, eine Drehbewegung von Gehäuse (6) und Rotor (19) relativ zueinander mittels einer schaltbaren Kupplung (42) bewirkenden Welle (3) lo und mit einem der Arbeitskammer (18) benachbarten Kühlwasserraum, dadurch gekennzeichnet. daß die Welle als Hohlwelle (3) ausgebildet und mit einem KühlwasserZu¬ führkanal (35) und einem KühlwasserAbführkanal (36) versehen ist, die mit dem Kühlwasserraum verbunden sind, 15 und daß die Hohlwelle (3) die AntriebsWelle der KühlwasserPumpe ist. |
| 2. | Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (19) hohl ausgebildet und mit dem Zuführkanal (35) und dem Ab¬ führkanal (36) für Kühlwasser verbunden ist. 2o . |
| 3. | Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (19) drehfest mit der Hohlwelle (3) verbunden ist. |
| 4. | Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das 25 Gehäuse (6) gegenüber der Hohlwelle (3) frei drehbar gelagert ist und mittels der Kupplung (42) gegenüber einem PumpenGehäuse (1) der Kühl¬ wasserPumpe undrehbar koppelbar ist. |
| 5. | Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn 3o zeichnet, daß die Kupplung (42) einen Elektromagneten (25) und eine Ankerscheibe (27) aufweist, von denen ein Teil mit dem Gehäuse (6) und ein Teil mit einem PumpenGehäuse (1) der KühlwasserPumpe verbunden ist. |
| 6. | Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Arbeitskammer (18) vollständig geschlossen ist. |
| 7. | Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn o5 zeichnet, daß die Hohlwelle (3) mit einem Riemenrad (5) versehen ist, das die Heizvorrichtung (7) zumindest teilweise umgreift. |
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff des An¬ spruches 1.
Eine derartige Heizvorrichtung ist in der älteren nicht vorveröffentlichten DE 44 20 481 A beschrieben. Sie ermöglicht es, mit einfachen Mitteln und geringem Aufwand mit vom Verbrennungsmotor selbst abgeleiteter Rota¬ tionsenergie das Kühlwasser des Motors sehr schnell aufzuheizen, so daß zum einen die üblicherweise mit der Motorwärme durchgeführte Beheizung des Fahrgastraumes in voller Funktion ist. Zum andern wird hierdurch die Erwärmung des Motors beschleunigt, wodurch der im kalten Betrieb hohe Verschleiß reduziert wird. Die Heizvorrichtung zeichnet sich weiter¬ hin dadurch aus, daß sie in dem Gehäuse einen geschlossenen Arbeitsraum hat, so daß die viskose Flüssigkeit ständig nur in diesem Arbeitsraum enthalten ist. Es ist lediglich eine Kompensationsmöglichkeit durch eine 5 elastische Wand geschaffen, durch die temperaturbedingte Änderungen des Volumens der Flüssigkeit kompensiert werden. Der Antrieb erfolgt über eine steuerbare, d.h. schaltbare Kupplung. Bei diesem Motor wird die Heizvorrichtung in irgendeiner Form als eigenständige Einheit am Motor angebracht. o
Aus der EP 0 361 053 Bl (entsprechend US-Patent 4 974 778) und dem US-Patent 3 591 079 sind Heizvorrichtungen bekannt, die in dem allgemei¬ nen Prinzip nach gleichartiger Weise mechanische Energie durch Flüssig-
keitsscherung, d.h. durch Erzeugung innerer Reibung der Flüssigkeit, in Wärme umsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Heizvorrichtung der gat- 5 tungsgemäßen Art weiter in ihrem konstruktiven Aufwand zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeich¬ nungsteil des Anspruches 1 gelöst. Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Heizvorrichtung in die ohnehin bei einem wassergekühlten Ver- o brennungs-Motor vorhandene Kühlwasser-Pumpe integriert wird, so daß der Antrieb der Kühlwasser-Pumpe einerseits und der Antrieb der Heizvorrich¬ tung andererseits nicht mehr gesondert, sondern gemeinsam erfolgen. Die Integration der Heizvorrichtung in die Kühlwasser-Pumpe kann sehr platz¬ sparend erfolgen. 5
Zahlreiche vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran¬ sprüchen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich o aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, die in schematischer Darstellung eine in eine Wasserpumpe integrierte Heizvorrichtung zeigt.
Von einer Kühlwasser-Pumpe eines wassergekühlten Verbrennungs-Motors, 5 also eines Dieselmotors oder eines Ottomotors, ist nur ein Teil des Pum¬ pen-Gehäuses 1 dargestellt, an dem ein Lagergehäuse 2 ausgebildet ist, in dem eine als Hohlwelle 3 ausgebildete Antriebs-Welle für den nicht dargestellten Pumpenrotor mittels Wälzlagern 4 drehbar gelagert ist. Die Hohlwelle 3 ist an ihrem dem Pumpen-Gehäuse 1 abgewandten freien Ende o verschlossen. An diesem Ende ist an ihr ein Riemenrad 5 drehfest befe¬ stigt. Dieses Riemenrad 5 wird, wenn die Kühlwasser-Pumpe mit einem Verbrennungs-Motor zusammengebaut ist, mittels eines Riemens angetrie¬ ben, der wiederum vom Motor angetrieben wird. Hiermit wird die Hohlwelle 3 und damit die Wasserpumpe vom Motor selber ständig angetrieben, des- 5 sen Kühlwasser die Pumpe umwälzt.
Auf der Hohlwelle 3 ist ein Gehäuse 6 einer vom Riemenrad 5 umfaßten Heizvorrichtung 7 gegenüber der Hohlwelle 3 frei drehbar gelagert. Dieses Gehäuse 6 weist zwei ringscheibenförmige Stirnwände 8, 9 auf, die radial zur Mittel-Längs-Achse 10 der Hohlwelle 3, also parallel zueinander, an- 5 geordnet sind. Die beiden Stirnwände 8, 9 sind an ihrem Außenumfang mittels einer kreisringförmigen, konzentrisch zur Achse 10 angeordneten Umfangswand 11 miteinander verbunden. Die beiden Stirnwände 8, 9 wei¬ sen konzentrisch zur Achse 10 verlaufende, sich jeweils vom Gehäuse 6 wegerstreckende Naben 12, 13 auf, in denen jeweils ein Wälzlager 14 angeordnet ist, das sich auf seiner Innenseite gegenüber einer Distanz¬ hülse 15 bzw. 16 abstützt. Die Distanzhülsen 15, 16 sind grundsätzlich gegenüber der Hohlwelle 3 undrehbar, zumindest aber nicht frei drehbar. Zwischen jeder Distanzhülse 15 bzw. 16 und der Hohlwelle 3 ist jeweils eine Dichtung 17 angeordnet. 5
Das Gehäuse 6 der Heizvorrichtung 7 umschließt eine Arbeitskammer 18, in der ein ringzylinderscheibenförmiger Rotor 19 angeordnet ist, der jeweils zu den Stirnwänden 8, 9 einen ringzylinderscheibenförmigen Spalt 20, 21 und zur Umfangswand 11 einen Ringspalt 22 begrenzt. Alle Spalte 20, 21, o 22 sind miteinander verbunden. Der Rotor 19 ist drehfest mit der Hohl¬ welle 3 verbunden und zwischen den Distanzhülsen 15, 16 in Richtung der Achse 10 fest eingespannt. Das Zusammenspannen der Distanzhülsen 15, 16 und des Rotors 19 und deren reibschlüssig drehfeste Verbindung mit der Hohlwelle 3 erfolgt mittels einer Klemmverbindung 23. 5
Die Arbeitskammer 18 ist mit einer viskosen Flüssigkeit, beispielsweise Silikonöl gefüllt. Sie ist vor den Wälzlagern 14 jeweils mit einer Mem¬ brandichtung 24 abgedichtet, die so elastisch sind, daß sie temperatur¬ bedingte Volumenänderungen der viskosen Flüssigkeit in der Arbeitskammer o 18 elastisch nachgiebig kompensieren können. Die Arbeitskammer 18 ist vollkommen geschlossen.
Am Lagergehäuse 2 ist konzentrisch zur Achse 10 ein ringförmiger Elek¬ tromagnet 25 angebracht. Dieser Elektromagnet 25 ist also gegenüber dem 5 Pumpen-Gehäuse 1 ortsfest und undrehbar. Er übergreift die Klemmverbin¬ dung 23. Auf der dem Elektromagnet 25 zugewandten Nabe 13 des Gehäu-
ses 6 ist ein federelastischer Halter 26 drehfest angebracht, an dem eine der Ringform des Elektromagneten 25 angepaßte ringförmige Ankerscheibe
27 befestigt ist, die bei nicht erregtem Elektromagneten 25 einen Luftspalt
28 von höchstens einigen Zehntel Millimetern zum Elektromagneten 25 bil- o5 det, so daß bei Erregung des Elektromagneten 25 durch Stromzufuhr über elektrische Anschlußleitungen 29 die Ankerscheibe 27 gegen den Elektro¬ magneten 25 gezogen wird, wodurch die beiden drehfest miteinander ver¬ kuppelt werden, d.h. bei Erregung des Elektromagneten 25 wird das Ge¬ häuse 6 der Heizvorrichtung 7 undrehbar festgehalten. In diesem Fall lo dreht sich also der Rotor 19 mit der Drehzahl der Hohlwelle 3 relativ zum Gehäuse 6 der Heizvorrichtung 7. Wenn dagegen der Elektromagnet 25 nicht erregt ist, wird die Ankerscheibe 27 aufgrund der federelastischen Rückstellkräfte des Halters 26 vom Elektromagneten 25 abgehoben, so daß sich dann das Gehäuse 6 aufgrund der Flüssigkeitskupplung zwischen dem
15 Rotor 19 und dem Gehäuse 6 mit dem Rotor 19 dreht.
Der Rotor 19 ist hohl ausgebildet, damit er vom Kühlwasser des Verbren¬ nungs-Motors durchströmt werden kann. Er weist zwei zylinderringschei- benförmige Räume, und zwar einen Einlaßraum 30 und einen Auslaßraum
2o 31 auf, die mittels einer radial zur Achse 10 angeordneten Trennwand 32 im wesentlichen voneinander getrennt und nur im radial außen liegenden Bereich mittels eines ringförmigen Verbindungsraums 33 miteinander ver¬ bunden sind. Der Einlaßraum 30 ist über einen die Hohlwelle 3 durchset¬ zenden Einlaßkanal 34 mit einem ringzylinderförmigen, von der Hohlwelle
25 3 umschlossenen Kühlwasser-Zuführkanal 35 verbunden. In der Hohlwelle 3 ist weiterhin konzentrisch zur Achse 10 ein als Kühlwasser-Abführkanal 36 dienendes Rohr angeordnet, das also im Zuführkanal 35 angeordnet ist. Dieser Abführkanal 36 ist über einen Auslaßkanal 37 in der Hohlwelle 3 mit dem Auslaßraum 31 im Rotor 19 verbunden. Das aus dem Motor durch
3o das Pumpen-Gehäuse 1 mittels des Pumpenrotors geförderte Kühlwasser strömt also entsprechend dem Strömungsrichtungspfeil 38 durch den ring¬ zylindrischen Kühlwasser-Zuführkanal 35 in der Hohlwelle 3 und den Ein¬ laßkanal 34 in den Einlaßraum 30 des Rotors 19. Dort strömt es radial nach außen durch den Einlaßraum 30, dann konzentrisch zur Achse 10
35 durch den Verbindungsraum 33 in den Auslaßraum 31 des Rotors 19. Dort wird es in eine radial zur Achse 10 verlaufende Richtung umgelenkt und
durchströmt diesen Auslaßraum 31 und verläßt ihn durch den Auslaßkanal 37 und verläßt dann die Heizvorrichtung 7 durch den Kühlwasser- Abführ¬ kanal 36 entsprechend dem Strömungsrichtungspfeil 39. Es durchströmt dann in nicht dargestellter Weise konzentrisch zur Hohlwelle 3 die Kühl- 5 wasser-Pumpe und wird in den Motor zurückgefördert.
Wenn das Gehäuse 6 der Heizvorrichtung 7 mittels des Elektromagneten 25 undrehbar festgehalten wird, wenn also der Rotor 19 sich relativ zum Ge¬ häuse 6 dreht, dann wird die in der Arbeitskammer 18 befindliche viskose Flüssigkeit 40 in den Spalten 20, 21, 22 einer hohen Scherung unterwor¬ fen. Diese auf die Flüssigkeit 40 ausgeübte Scherarbeit wird in Wärme umgesetzt, die wiederum von dem durch den Rotor 19 gepumpten Kühlwas¬ ser 41 abgeführt wird. Die Breite der Spalte 20, 21, 22 hängt von der Viskosität der Flüssigkeit 40 und von der Veränderung der Viskosität über 5 der Temperatur ab.
Wenn das Motorkühlwasser einen großen Wärmebedarf hat, insbesondere weil von dem noch kalten Motor der Fahrgastraum eines Fahrzeuges ge¬ heizt werden soll, dann wird über die durch den Elektromagneten 25 und o die Ankerscheibe 27 mit Halter 26 gebildete schaltbare Kupplung 42 das Gehäuse 6 festgehalten und damit die Heizvorrichtung 7 in Betrieb gesetzt und setzt einen Teil der mechanischen Energie des Motors in Wärme um. Die Ansteuerung des Elektromagneten 25 der Kupplung 42 kann automatisch über einen Thermostaten und/oder manuell erfolgen.
Next Patent: ROAD SPEED LIMITING DEVICE