Aus der EP 0 313 764 A2 ist eine Heiz-Vorrichtung bekannt, die ein mit einer drehbar in einem Gehäuse gelagerten Rotor-Welle verbundenes, mit Permanent-Magneten besetztes Teil aufweist. Im Gehäuse sind einzelne Weicheisen-Kerne angeordnet. Die Anzahl der Permanent-Magnete ist un- terschiedlich zur Zahl der Weicheisen-Kerne. Die Weicheisen-Kerne sind im Innenraum des Gehäuses von einem Heizmedium umströmt.

Die Praxis hat gezeigt, daß hiermit nur in geringem Umfang mechanische Energie in Wärme umzusetzen ist.

Aus Lexikon"Maschinenbau, V, DI Verlag 1995, ISBN 3-18-401372-3, Seite 1430"ist eine Wirbelstrombremse bekannt, bei der es sich um eine berührungslos wirkende elektrische Bremse handelt, die mechanische Energie durch Wirbelströme in einer metallischen Masse in Wärme um- setzt. Ihrem Aufbau nach ist die Wirbelstrombremse eine Gleichstromma- schine vom Innenpoltyp. Hierbei trägt ein feststehender Innenring eine von Gleichstrom durchflossene Spule, die ein homopolares Magnetfeld erzeugt.

Ein Ankerring aus elektrisch leitendem Material bildet den aktiven Teil eines Läufers. Bei Drehung des Läufers relativ zu einem Ständer werden im

Ankerring Wirbelströme induziert, die zusammen mit dem Ständerfeld ein Bremsmoment hervorrufen, dessen Größe vom Erregerstrom und der Schlupfdrehzahl abhängt. Derartige Wirbelstrombremsen werden unter an- derem bei Lastkraftwagen als Zusatzbremse an der Gelenkwelle verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heiz-Vorrichtung zu schaf- fen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist und eine kompakte Bauweise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Die regelmäßig am Rotor angebrachten Permanent-Magnete indu- zieren in dem in der Regel als Stator im Innenraum des Gehäuses angeord- neten und von Heizmedien umströmten geschlossenen Ring aus metallisch leitendem Werkstoff Wirbelströme. Das Maß der in Wärme umgesetzten mechanischen Energie ergibt sich bei einer vorgegebenen Heiz- Vorrichtung zum einen aus der Relativgeschwindigkeit von Rotor und Stator gegeneinander, also von der Drehzahl des Rotors, und zum anderen aus der Größe des Spaltes zwischen dem Permanent-Magneten und dem Teil aus elektrisch leitendem Material, wozu es besonders vorteilhaft ist, wenn dieser Spalt veränderbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen anhand der Zeich- nung. Es zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Heiz-Vorrichtung in Stirnansicht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Heiz-Vorrichtung entsprechend der Schnittlinie 11-11 in Fig. 1, Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Heiz-Vorrichtung in Stirnansicht, Fig. 4 einen Teil-Querschnitt durch die Heiz-Vorrichtung entsprechend der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 eine dritte Ausführungsform einer Heiz-Vorrichtung in Stirnansicht, Fig. 6 einen Querschnitt durch die Heiz-Vorrichtung entsprechend der Schnittlinie VI-VI in Fig. 5, Fig. 7 einen Rotor in Draufsicht und Fig. 8 einen Querschnitt durch den Rotor entsprechend der Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 7.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Heiz-Vorrichtung weist ein im wesent- lichen ringzylindrisches Gehäuse 1 auf, dessen eine Stirnseite mit einem ringscheibenförmigen Deckel 2 verschlossen ist, der mittels Schrauben 3 am Gehäuse 1 befestigt ist. Das Gehäuse 1 weist weiterhin Füße 4 auf, die mit Befestigungsöffnungen 5 versehen sind.

Das ringzylindrische Gehäuse 1 weist konzentrisch zu seiner Achse 6 einen Lagertunnel 7 auf, in dem eine Rotor-Welle 8 mittels zweier Lager 9,10 gegenüber dem Gehäuse 1 frei drehbar gelagert ist. An dem dem Deckel 2 benachbarten Ende der Welle 8 ist an dieser eine Riemenscheibe 11 befe-

stigt, über die die Welle 8 mittels eines Antriebs-Riemens 12 von einem nicht dargestellten Motor drehantreibbar ist.

Das Gehäuse 1 ist an seiner dem Deckel 2 gegenüberliegenden Stirnseite mittels einer Stirnwand 13 verschlossen. Auf dem dieser Stirnwand 13 be- nachbarten Ende der Welle 8 ist ein scheibenförmiger Rotor 14 angebracht.

Er ist an einer Schiebe-Buchse 15 mittels Schrauben 16 in Richtung der Achse 6 und in Drehrichtung festgelegt. Die Buchse 15 wiederum ist mit- tels einer Schiebe-Verbindung 17 drehfest aber in Richtung der Achse 6 verschiebbar mit der Welle 8 verbunden. Hierzu weist die Buchse 15 an ihrer Innenseite eine parallel zur Achse 6 verlaufende, zur Welle 8 hin of- fene Nut 18 auf, in die eine in einer Bohrung 19 in der Welle 8 befindliche Kugel 20 eingreift. Zur Verschiebung der Buchse 15 mit dem scheibenför- migen Rotor 14 auf der Welle 8 ist ein Stell-Hebel 21 vorgesehen, dessen eines Ende in einem am Gehäuse 1 angebrachten, armförmig über den Ro- tor 14 vorragenden Lager 22 schwenkbar gelagert ist. An dem Hebel 21 ist ein Mitnehmer-Zapfen 23 ausgebildet, der in eine Außen-Nut 24 der Buch- se 15 eingreift. Bei einer Verschwenkung des Hebels 21 aus der in Fig. 2 ausgezogen dargestellten Stellung in die in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Stellung wird auch der Rotor 14 aus einer zum Gehäuse 1 unmittelbar be- nachbarten Betriebsstellung in eine in Fig. 2 gestrichelt angedeutete Ruhe- stellung, in der der Rotor 14 einen relativ großen Abstand zur Stirnwand 13 hat, oder in jede beliebige Zwischenstellung verschoben.

Der Rotor 14 ist auf seiner der Stirnwand 13 zugewandten Seite mit Per- manent-Magneten 25 bestückt, die in entsprechend angepaßten Bohrungen 26 des Rotors 14 angeordnet sind. Sie sind mit gleichem radialen Abstand zur Achse 6 und in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet. Über

den Umfang verteilt sind abwechselnd die Nordpole N und die Südpole S der Stirnwand 13 zugewandt. Dementsprechend sind die Südpole S und die Nordpole N abwechselnd von der Stirnwand 13 abgewandt, d. h. die Ma- gnetisierungsrichtung der Magnete 25 verläuft parallel zur Achse 6.

Im Gehäuse 1 ist ein ringförmig geschlossener Stator 27 angeordnet, der konzentrisch zur Achse 6 angeordnet und in der Ausgestaltung nach den Fig. 1 und 2 als Zylinderring ausgebildet ist. Er ist mit einer Stirnseite 28 in einer Ringzylinder-Ausnehmung 29 in der Stirnwand 13 angeordnet und mittels einer Halterung 30 am Deckel 2 befestigt, d. h. er wird bei der Montage des Deckels 2 am Gehäuse 1 in den Innenraum 31 des Gehäuses 1 eingeführt und in diesem gehalten. Die Halterung 30 weist Durchbrüche 30'auf, wie in Fig. 2 gezeigt ist. In der Stirnseite 28 des Stators 27 sind Weicheisen-Kerne 32, die die Form von Zylinderscheiben haben, in ent- sprechenden Ausnehmungen 33 des Stators 27 angebracht. Die Weichei- sen-Kerne 32 sind bündig mit der Stirnseite 28 des Stators 27. Diese Weicheisen-Kerne 32 sind in gleichem radialen Abstand wie die Magnete 25 von der Achse 6 angeordnet ; sie sind ebenfalls in gleichen Winkelab- ständen zueinander angeordnet, allerdings mit einer von der Zahl der Ma- gnete 25 vorzugsweise um 1 abweichenden Zahl. Daraus ergibt sich, daß die Winkelabstände der Weicheisen-Kerne 32 voneinander andere sind, als die der Permanent-Magnete 25. Der mittlere radiale Abstand a des Stators 27 ist gleich dem der Kerne 32 und der Magnete 25. Wie Fig. 2 entnehmbar ist, hat der Spalt 34 zwischen den Magneten 25 und der Stirnseite 28 des Stators 27 eine Breite b, die in der in Fig. 2 ausgezogenen Stellung des Rotors 14 sehr gering und vorzugsweise kleiner als 1 mm ist.

Der Innenraum 31 des Gehäuses 1 ist an einen Wärmeträger-Zuflußstutzen 35 und einen Wärmeträger-Abflußstutzen 36 angeschlossen, durch die ein Wärmeträger, in der Regel Wasser, dem Innenraum 31 zugeführt wird, das den Stator 27 u. a. unter Durchtritt über die Durchbrüche 30'umströmt und durch den Abflußstutzen 36 wieder abfließt.

Das Gehäuse 1 besteht aus einem nichtmagnetischen und elektrisch nicht leitenden Werkstoff, der zudem eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen sollte. Besonders geeignet sind also Kunststoffe, Glas oder Ke- ramik. Der Rotor besteht aus einem nichtmagnetischen, elektrisch nicht leitenden, also einem nichtmetallischen Werkstoff. Der Stator 14, der als einstückiger sich über 360° Umfangswinkel erstreckender ringförmiger Stator 27 ausgebildet ist, besteht aus einem elektrisch leitenden Werkstoff guter Induktivität, beispielsweise also aus Kupfer oder Aluminium. Bei einem Drehantrieb des Rotors 14 werden im Stator 27 Wirbelströme indu- ziert, die aufgrund des Kurzschlusses in dem ringförmig geschlossenen Stator 27 in Wärme umgewandelt werden. Diese Wärme wird über Wasser oder einen anderen flüssigen Wärmeträger abtransportiert. Die auf diese Weise in Wärmeenergie umgesetzte mechanische Energie ist abhängig von der Drehzahl des Rotors 14 relativ zum Stator 27 und von der Breite b des Spaltes 34. Mittels des Hebels 21 läßt sich also durch entsprechende Ein- stellung der Breite b des Spaltes 34 die in Wärme umzusetzende mechani- sche Energie einstellen.

Die Anordnung der Weicheisen-Kerne 32 und ihre gegenüber den Perma- nent-Magneten 25 versetzte Anordnung hat den Zweck, das Drehmoment zu verringern. Um den Wirbelstromeffekt zu erreichen, sind die Weichei- sen-Kerne 32 allerdings nicht zwingend notwendig.

Soweit die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Heiz-Vorrichtung mit der Aus- führungsform nach den Fig. 1 und 2 identische Teile aufweist, werden identische Bezugsziffern verwendet, soweit funktionell gleiche, konstruktiv aber geringfügig andere Teile verwendet werden, werden dieselben Be- zugsziffern mit einem hochgesetzten Strich verwendet. In keinem Fall be- darf es einer erneuten Beschreibung. Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Heiz-Vorrichtung weist ein Gehäuse 1', das aus zwei im Prinzip gleicharti- gen stirnseitigen Gehäusehälften 41 besteht, zwischen denen ein Gehäuse- mantel-Ring 42 angeordnet wird. Das Gehäuse 1'wird mittels Zuganker- Schrauben 43 zusammengehalten. In dem Gehäuse 1'ist eine Motor-Welle 8'mittels Lagern 9', 10'frei drehbar gelagert. Das einem Ende der Rotor- Welle 8'zugewandte Lager 9'ist in einer Lagerbüchse 44 dort gelagert, die wiederum im Lagertunnel 7'des Gehäuses 1'gelagert und axial mittels Schrauben 45 gehalten ist. An dem der Lagerbüchse 44 entgegengesetzten Ende der Rotor-Welle 8'ist an dieser eine nur in Fig. 4 angedeutete Rie- menscheibe 11'drehfest befestigt, mittels derer die Rotor-Welle 8'antreib- bar ist.

Auf der Rotor-Welle 8'ist ein ringscheibenförmiger Rotor 14'angeordnet, der aus zwei gleichen Rotor-Ringscheiben 14'a gebildet ist, zwischen de- nen eine dünne Platte 14'b aus ferromagnetischem Material, also Stahl, Eisen oder dergleichen, angeordnet ist. In den Ringscheiben 14'a sind durchgehende und miteinander fluchtende Bohrungen 26'ausgebildet, in denen Permanent-Magnete 25'angeordnet sind, die jeweils entsprechend der Darstellung in Fig. 4 paarweise an der Platte 14'b anliegen und durch die Magnetkräfte gegen diese gezogen werden. Sie liegen daher jeweils paarweise mit einem Nordpol N und einem Südpol S an dieser Platte 14'b an. Hierdurch werden sie fest in den Bohrungen 26'gehalten. Eine geson-

derte Befestigung in Richtung parallel zur Achse 6'ist nicht notwendig.

Der Rotor 14'ist mittels Schrauben 16'in Richtung der Achse 6'zusam- mengespannt und drehfest an der Rotor-Welle 8 befestigt. Der Rotor 14' ragt zwischen den Gehäusehälften 41 in das Gehäuse 1'hinein.

Im Gehäuse 1'sind in jeder Gehäusehälfte 41, und zwar beiderseits des scheibenförmigen Rotors 14'je ein Stator 27'angeordnet, die einerseits gegen den Gehäusemantel-Ring 42 und andererseits gegen den Lagertunnel 7'begrenzende rohrförmigen Gehäuseabschnitte 46 mittels Dichtungen 47, 48 abgedichtet sind, so daß in jeder Gehäusehälfte 41 ein Innenraum 31' gebildet wird, der von einem Wärmeträger, beispielsweise Wasser, durch- strömt werden kann, das der jeweiligen Gehäusehälfte 41 durch einen Zu- flußstutzen 35'zugeführt wird und daß durch einen Abflußstutzen 36'ab- geführt wird. Die Statoren 27'haben im Querschnitt etwa eine Halb- Zylinderform, wie Fig. 4 entnehmbar ist, d. h. jeweils vom Rotor 14'aus gesehen verjüngt sich ihr Querschnitt.

In den dem Rotor 14'zugewandten Stirnseiten 28'der Statoren 27'sind- anders als beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2-keine Weicheisen-Kerne 32 angeordnet. Die Breite b'des jeweiligen Spaltes 34' zwischen den Magneten 25'und der zugewandten Stirnseite 28'kann sehr klein gemacht werden, d. h. es ist ein nur sehr kleiner Luftspalt 34'vorhan- den. Bei dieser Ausgestaltung nach den Fig. 3 und 4 läßt sich die Umset- zung mechanischer Energie in Wärmeenergie nur durch Veränderung der Drehzahl des Rotors 14'verändern.

Bei der Ausgestaltung nach den Fig. 5 und 6 weist das Gehäuse 1"eben- falls einen Deckel 2"auf. Im Lagertunnel 7"des ringzylindrischen Gehäu- ses 1"ist eine Rotor-Welle 8"mit Lagern 9", 10"frei drehbar gelagert,

an deren einem Ende eine Riemenscheibe 11"drehfest befestigt ist. Im Bereich ihres anderen Endes ist benachbart zur Stirnwand 13"des Gehäu- ses 1"ein ringscheibenförmiger Rotor 14"über eine Schiebe-Buchse 15" drehfest aber axial verschiebbar auf der Welle 8"angebracht. Auf der Schiebe-Buchse 15"ist ein Stellring 49 über ein Lager 50 drehbar abge- stützt, an dem ein nur angedeuteter Stell-Hebel 21"zur Verschiebung der Schiebe-Buchse 15"zusammen mit der Rotor-Scheibe 14"in Richtung der Achse 6"angreift. Der Rotor 14"mit Permanent-Magneten 25 ist an- sonsten ausgebildet wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2.

Entsprechendes gilt für die Anordnung des Stators 27"im Innenraum 31" des Gehäuses 1", weswegen auf die Beschreibung zu den Fig. 1 und 2 verwiesen werden kann. Der Stator 27"unterscheidet sich lediglich von dem bereits zu den Fig. 1 und 2 beschriebenen dadurch, daß er sich im Querschnitt von Rotor 14"aus gesehen trapezförmig verjüngt. Soweit eine zu Fig. 1 und 2 identische Ausbildung vorliegt, werden ohne erneute Be- schreibung dieselben Bezugsziffern verwendet.

Im Innenraum 31"des Gehäuses 1"ist ein Pumpenrad 51 angeordnet, das drehfest mit der Welle 8"verbunden ist und das das als Wärmeträger die- nende Wasser vom Wärmeträger-Zuflußstutzen 35"unter Umspülung des Stators 27"durch den Innenraum 31"zum Wärmeträger-Abflußstutzen 36"fördert. Am Durchtritt 52 des Pumpenrades 51 durch die den Lager- tunnel 7"begrenzenden Gehäuseabschnitte 46"des Gehäuses 1"sind die Gehäuseabschnitte 46"gegenüber der Welle 8"mittels Dichtungen 53,54 abgedichtet.

Hinsichtlich der Werkstoffe der Gehäuse 1'und 2'und der Rotoren 14'und 14"und der Statore 27'und 27"und hinsichtlich der Wirkungsweise gel- ten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2.

In den Fig. 7 und 8 ist ein Rotor 14"'dargestellt, wie er einerseits bei der zweiten Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 aber auch bei der ersten und dritten Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 bzw. 5 und 6 einge- setzt werden kann. Der Rotor 14"'weist auf beiden Seiten kreisringseg- mentförmige Ausnehmungen 55,56 auf, wobei die sich über einen etwas größeren Umfangswinkel erstreckenden Ausnehmungen 55 zur Aufnahme von Permanent-Magneten 25"'dienen, die entsprechend kreisringsegment- förmig ausgebildet sind und der Ausnehmung 55 angepaßt sind. In den sich über einen etwas kleineren Umfangswinkel erstreckenden Ausnehmungen 56 werden entsprechend angepaßte kreisringsegmentförmige Platten 57 aus Weicheisen angebracht. Die Ausnehmungen 55 und 56 sind auf beiden Seiten des scheibenförmigen Rotors 14"'ausgebildet. Wie auch bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist in der Mittelebene des Rotors 14"'eine dünne Platte bzw. Scheibe 58 ausgebildet, gegen die die Magnete 25"'jeweils paarweise mit dem Nordpol N bzw. dem Südpol S anliegen, wodurch sie sich fest in den Ausnehmungen 55 halten. Die Weicheisen- Platten 57 müssen dagegen in den entsprechenden Ausnehmungen 56 mit- tels Klebstoff oder dergleichen befestigt werden. Der Rotor 14"'besteht einschließlich der Scheibe 58 und seiner Nabe 59 aus einem geeigneten Kunststoff. Zwischen jeweils benachbarten Ausnehmungen 55 und 56 sind schmale radial zur Achse 6"'verlaufende stegartige Zwischenwände 60 ausgebildet.

Der in den Fig. 7 und 8 dargestellte Rotor 14"'kann-mit einer geringfü- gigen Abwandlung-auch als Rotor bei Heiz-Vorrichtungen eingesetzt werden, wie sie im Grundsatz in den Fig. 1 und 2 einerseits und 5 und 6 andererseits dargestellt sind. In diesem Fall sind die Ausnehmungen 55,56 mit Magneten 25"'bzw. Weicheisen-Platten 57 nur auf einer, dem Stator

zugewandten Seite angeordnet, während auf der anderen Seite die stegarti- gen Zwischenwände 60 fortgelassen und dort ein durchgehender Weichei- sen-Ring 61 eingelegt ist, über den der Magnetfluß geführt wird. Dieses Ziel kann auch erreicht werden, wenn die in den Rotor 14"'integrierte Scheibe 98 aus einem ferromagnetischen Material besteht, wie es für die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Dies ist in Fig. 8 unten links angedeutet. Wie die Erfahrung gezeigt hat, können die Weicheisen-Kerne 32 im Stator weggelassen werden.