DE10111005C1

DE10111005C1 - Heizgerät mit Brennstoffpumpe und Brennluftgebläse

Info

Publication number: DE10111005C1
Application number: DE2001111005
Authority: DE
Inventors: Norbert Boltz
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2021-03-08

Abstract

Das Heizgerät weist einen Elektromotor (14) auf, der im Betrieb des Heizgerätes sowohl eine Brennstoffpumpe (12) als auch ein Brennluftgebläse (16) antreibt. Damit insbesondere eine dauerhafte Abdichtung der Brennstoffpumpe gewährleistet ist, ist der Elektromotor (14) dazu eingerichtet, dass Brennstoff in ihm strömt, und ein Gehäuse (20) vorgesehen, das den Elektromotor (14) zusammen mit der Brennstoffpumpe (12) umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät für mobile Anwendungen, mit einem Elektro motor, der im Betrieb des Heizgerätes sowohl eine Brennstoffpumpe als auch ein Brennluftgebläse antreibt. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Heizgerät.

Derartige Heizgeräte werden als sogenannte Zusatz-Luftheizgeräte oder Zusatz- Wasserheizgeräte bei Fahrzeugen, wie beispielsweise Personenwagen, Nutz fahrzeugen, Bussen oder Schiffen, eingesetzt. Sie dienen in der Regel zum Be heizen eines Fahrgastraumes oder zum Vorwärmen des Kühlwassers eines Ver brennungsmotors.

Ein gattungsgemäßes Heizgerät ist aus DE 37 16 255 A1 bekannt. Es weist einen Zerstäubungsbrenner auf, dem mittels einer Brennstoffpumpe flüssiger Brennstoff und von einem Brennluftgebläse Brennluft zugeführt wird. Ein einziger Elektro motor treibt einerseits das Brennluftgebläse und ferner auch direkt die Brenn stoffpumpe an. Diese Art des doppelseitigen Antriebs zweier Aggregate ist be sonders kompakt. Um den Bauraum weiter zu verringern, weist die Brennstoff pumpe ein Pumpengehäuse auf, das einteilig mit einer Trennwand des Heizgerätes ausgebildet ist. Der Elektromotor ist ebenfalls an dieser Trennwand abge stützt, indem er mit dem Pumpengehäuse eine Einheit bildet, beispielsweise an diesem angeschraubt oder angenietet ist. Bei einem derartigen Heizgerät besteht das Problem, dass die Dichtheit der Brennstoffpumpe über deren Lebensdauer nicht mit ausreichender Sicherheit gewährleistet ist.

Aus DE 44 47 284 A1 ist es bekannt, eine Brennstoff-Dosierpumpe eines Fahr zeugheizgerätes oder eines Partikelfilter-Regenerationsbrenners für die Ab gasanlage eines Dieselmotors als in einen Schrittmotor integrierte Zahnradpumpe auszubilden. Ziel ist es einen möglichst kompakten Aufbau zu erreichen. Der Schrittmotor muss mit einem Hohlradrotor versehen sein, der aufwendig zu lagern ist und wegen dessen radial ausladender Gestalt darüber hinaus die gesamte Anordnung Scheiben- bzw. Tellerform erhält. Ein derartiger Schrittmotor ist zum Antreiben eines Brennluftgebläses ungeeignet, weil seine Tellerform anströmen de Brennluft bremsen würde.

Aus US 4,662,827 ist eine Brennstoffpumpe bekannt, die mit einem sogenannten Nass-Motor und einer von diesem angetriebenen Rotorpumpe mit innenverzahn tem Rotor gestaltet ist. Derartige Brennstoffpumpen werden verwendet, um Brennstoff aus einem Tank durch eine Leitung zu einem Verbrennungsmotor zu fördern. Damit die Brennstoffpumpe gut in die Leitung integriert werden kann, sind der Saug- sowie der Druckanschluss an den Stirnseiten der Brennstoffpum pe angeordnet und umgeben dort die Enden der Welle des Motors. Der Motor ist daher nicht geeignet, um weitere Aggregate anzutreiben.

Zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät derart zu verbessern, dass die oben genannten Nachteile überwunden sind und insbesondere eine dauerhafte Abdichtung der Brennstoffpumpe gewährleistet ist.

Erfindungsgemäße Lösung

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Heizgerät der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Elektromotor dazu eingerichtet ist, dass Brennstoff in ihm strömt, und ein Gehäuse vorgesehen ist, das den Elektromotor zusammen mit der Brennstoffpumpe umschließt. Die Aufgabe ist ferner gelöst, indem bei einem Heizgerät der eingangs genannten Art eine Magnetkupplung vorgesehen ist, mittels derer wahlweise die Brennstoffpumpe und/oder das Brennluftgebläse mit dem Elektromotor koppelbar ist. Ferner ist die Aufgabe mit einem Fahrzeug ge löst, bei dem ein derartiges erfindungsgemäßes Heizgerät eingebaut ist.

Grundgedanke der Erfindung ist, dass es nicht wie bei herkömmlichen Heizgerä ten zwingend ist, dass der die Brennstoffpumpe und das Brennluftgebläse antrei bende Elektromotor gegenüber der Brennstoffpumpe völlig und dauerhaft flüssig keitsdicht gestaltet ist, sondern dass es nicht nur zulässig sondern auch durchaus gewollt sein kann, wenn in den Elektromotor Brennstoff eindringen oder sogar darin strömen kann.

Indem erfindungsgemäß der Elektromotor derart ausgebildet ist, dass Brennstoff in ihm strömt, kann eine Drehdurchführung zwischen Brennstoffpumpe und Elek tromotor erheblich einfacher abgedichtet sein oder eine Wellendichtung kann dort sogar ganz entfallen. Für eine Abdichtung einer Drehdurchführung zwischen Elektromotor und Brennluftgebläse steht ausreichend Platz zur Verfügung. Ferner ist eine Abdichtung in diesem Bereich einem geringeren Brennstoffdruck ausge setzt und kann daher ebenfalls mit herkömmlichen preiswerten Dichtmitteln ge staltet sein. Durch die sich ergebende "doppelte" Abdichtung ist ein redundantes Dichtsystem geschaffen, das den gestellten Anforderungen auch über der Le bensdauer eines Heizgerätes in jeder Hinsicht gerecht werden kann. Über diese Vorteile hinaus wird der erfindungsgemäße Elektromotor vom Brennstoff gekühlt und geschmiert.

Die ferner erfindungsgemäß am Elektromotor vorgesehene Magnetkupplung er setzt eine abzudichtende Drehdurchführung. Auf Wellendichtungen oder derglei chen kann daher völlig verzichtet werden. Die oben genannte Dichtproblematik tritt nicht mehr auf, weil statische Dichtungen prinzipbedingt über der Lebensdau er des Heizgerätes dicht sind.

Die erfindungsgemäße Einheit aus Brennluftgebläse, Elektromotor und Brenn stoffpumpe bildet ein Brennluft-Brennstoff-Förderaggregat, bei dem insbesondere das Brennluftgebläse nicht mittels einer Welle-Nabe-Verbindung am Elektromotor angeschlossen werden muss. Bei bisher bekannten Brennluft-Brennstoff- Förderaggregaten ist in der Regel ein Flügelrad unmittelbar auf einer Welle des Elektromotors angebracht. Das Flügelrad wird im Betrieb verhältnismäßig un gleichgewichtig belastet, so dass an der Welle-Nabe-Verbindung erhöhte Bruch gefahr besteht.

Bei dem erfindungsgemäßen Brennluft-Brennstoff-Förderaggregat kann die Brennstoffpumpe insbesondere unmittelbar auf einer Welle des Elektromotors angebracht sein. Die Brennstoffpumpe muss daher nicht gegenüber dem Elektromotor in Flucht gebracht werden, was die Montage erheblich vereinfacht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heizgerätes, das einen von Brennstoff durchströmten Elektromotor aufweist, ist eine Kupplung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Elektromotor und dem Brenn luftgebläse vorgesehen. Die Kupplung kann als schaltbare Kupplung gestaltet sein, so dass das Brennluftgebläse wahlweise zu- sowie abgeschaltet und damit der Brennluftstrom im Verhältnis zum geförderten Brennstoffstrom gesteuert oder geregelt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Brennstoffpumpe mit einer Ein richtung zum Verstellen der Fördermenge ausgestattet sein.

Die Kupplung ist besonders vorteilhaft als berührungslose Magnetkupplung mit zwei Magnetrotoren gestaltet, von denen ein erster Magnetrotor innerhalb des Gehäuses und der zweite Magnetrotor außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Somit kann eine abzudichtende Drehdurchführung zwischen dem Elektromotor und dem Brennluftgebläse entfallen. Die Magnetrotoren können mit Permanent magneten und/oder mit Elektromagneten bestückt sein, so dass die Kupplung als Permanentkupplung oder als zuschaltbare Kupplung wirkt.

Der erfindungsgemäße Elektromotor ist besonders platzsparend mit einem Anker versehen, an dem drehfest, insbesondere einstückig, der erste Magnetrotor an geordnet ist. Der Magnetrotor kann auch mittels Permanentmagneten oder Wick lungen des Ankers gestaltet, also sozusagen in diesen integriert sein.

Bei dieser Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Heizgerätes ist das Brenn luftgebläse besonders kompakt gestaltet, indem es mit einem Flügelrad versehen ist, das drehfest, insbesondere einstückig, an dem zweiten Magnetrotor angeord net ist.

Indem bei dieser Weiterbildung ferner der zweite Magnetrotor drehbar an dem Gehäuse gelagert ist, übernimmt das Gehäuse des Elektromotors eine Doppel funktion, da es zum tragenden und verbindenden Element der Einheit aus Brennluftgebläse, Elektromotor und Brennstoffpumpe wird.

Die Brennstoffpumpe ist besonders vorteilhaft als Hub-Drehkolbenpumpe aus gestaltet, bei der auf Ein- und Auslassventile verzichtet werden kann, die aber zugleich eine sehr genaue Dosierung von Brennstoff gewährleistet. Wenn eine derartige Hub-Drehkolbenpumpe zusammen mit einer Permanentmagnetkupp lung zwischen Elektromotor und Brennluftgebläse kombiniert wird, so entsteht ein Brennluft-Brennstoff-Förderaggregat, das über den gesamten Drehzahlbereich des Elektromotors eine nahezu konstante Gemischzusammensetzung liefert. Ein solches Aggregat weist daher hervorragende Teillasteigenschaften auf. Es ist insbesondere für Niederdruck-, Rotations- oder druckluftbeaufschlagte Zerstäu berbrenner geeignet. Alternativ kann als Brennstoffpumpe eine Zahnradpumpe, eine Flügelrollenpumpe oder eine Rollenzellenpumpe eingesetzt werden, für die aber meist ein zusätzlicher Druckregler erforderlich sein wird, der intern oder ex tern an einem Düsenstock des Brenners des Heizgerätes angeordnet sein kann.

Der erfindungsgemäße Elektromotor kann als bürstenloser Motor ausgebildet und damit explosionsgeschützt sein. Auch bei konventionellen Elektromotoren besteht nicht die Gefahr eines Entzündens des Brennstoffs, da die Temperatur im Elek tromotor weit unterhalb der Zündgrenze des Brennstoffs bleibt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Heizgeräte an hand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längshalbschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Brennluft-Brennstoff-Förderaggregates für ein erfindungsgemäßes Heizgerät, und

Fig. 2 einen Längshalbschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Brennluft-Brennstoff-Förderaggregates für ein erfindungsgemäßes Heizgerät.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 dargestellte Brennluft-Brennstoff-Förderaggregat 10 eines weiter nicht veranschaulichten Heizgerätes umfasst ein Brennluftgebläse 12, einen Elektromotor 14 und eine Brennstoffpumpe 16, die längs einer Achse 18 bezogen auf die Fig. 1 von links nach rechts aufeinanderfolgend angeordnet sind. Das Brennluftgebläse 12 fördert im Betrieb des Heizgerätes Brennluft zu einem nicht dargestellten Brenner, während die Brennstoffpumpe diesem Brenner Brennstoff zuführt. Der Brenner weist einen Druckzerstäuber für den Brennstoff auf.

Ein Gehäuse 20 bildet das verbindende Element zwischen den genannten Bau gruppen 12, 14 und 16. Das Gehäuse 20 umgibt die Achse 18 im wesentlichen kreiszylindrisch. Die bezogen auf Fig. 1 linke Stirnseite des Gehäuses 20 ist als hutförmiger Deckel 22 gestaltet, der eine zentrale zylinderförmige Vertiefung 24 aufweist. In dieser Vertiefung 24 ist ein zylindrischer Lagerring 26 achssymme trisch mit dem Deckel 22 einstückig ausgebildet. Die äußere Mantelfläche des Lagerrings 26 ist als Gleitfläche eines Gleitlagers 28 gestaltet. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist die Lagerung als Wälzlager gestaltet.

Dem Deckel 22 gegenüber ist ein Flügelrad 30 des Brennluftgebläses 12 ange ordnet. Das Flügelrad 30 weist ebenfalls einen zylindrischen Lagerring 32 auf, der über den Lagerring 26 des Gehäuses 20 geschoben und dort am Gleitlager 28 drehbar gelagert ist.

Im Gehäuse 20 ist ein Rotor 34 des Elektromotors 14 mit einer Welle 36 auf zwei Lagern 38 und 40 gelagert. Das Lager 38 stützt sich am Deckel 22 ab und ist ein als Festlager ausgebildetes Kugellager. Das Lager 40 stützt sich an einer Trenn wand 42 des Gehäuses 20 ab und ist ein als Loslager ausgebildetes Rollenlager. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Lager als Gleitlager ge staltet.

Der Rotor 34 umfasst einen hohlzylindrischen Permanentmagnetenring 44, der über einen Zwischenring 46 an der Welle 36 abgestützt ist. Der Permanentma gnetenring 44 wirkt mit einem Stator 48 zusammen, der an der inneren Mantelflä che des Gehäuses 20 drehfest angebracht ist. Der Stator 48 umfasst weiter nicht dargestellte Spulen. Im Betrieb des Förderaggregats 10 wird die Welle 36 mittels des Rotors 34 und des Stators 48 in Drehung versetzt.

Der Permanentmagnetenring 44 ragt im Inneren des Gehäuses 20 über die im Deckel 22 ausgebildete Vertiefung 24 und damit auch über den Lagerring 32 des Flügelrades 30. Der Lagerring 32 ist aus magnetischem Material derart gestaltet, dass er bei Drehung des Rotors 34 vom Permanentmagnetenring 44 mitgedreht wird. Der Permanentmagnetenring 44 und der Lagerring 32 wirken somit als Ma gnetrotoren einer Magnetkupplung zwischen dem Elektromotor 14 und dem Brennluftgebläse 12. Durch eine derartige Gestaltung einer drehmomentübertra genden Verbindung kann auf eine Drehdurchführung verzichtet und mögliche Ab dichtprobleme können vermieden werden.

Die Trennwand 42 trennt den Elektromotor 14 von der Brennstoffpumpe 16 ab, die ebenfalls im Gehäuse 20 angeordnet ist. Dabei kann Brennstoff, der von der Brennstoffpumpe 16 gefördert wird, durch das Lager 40 hindurchtreten. Der Brennstoff gelangt in den den Rotor 34 umgebenden Raum. Er kühlt dort den Elektromotor 14 und trägt zur Schmierung der Lager 38 und 40 bei.

Die Brennstoffpumpe 16 ist als Zahnradpumpe gestaltet, die innerhalb des Ge häuses 20 unmittelbar auf der Welle 36 angeordnet ist. Die Pumpe weist einen Einlass 50 für Brennstoff auf, der an der bezogen auf Fig. 1 rechten Stirnseite des Gehäuses angeordnet und nicht weiter veranschaulicht ist. Ein Druckregler 52 ist im Innern des Gehäuses 20 angeordnet und lässt den von der Pumpe geförder ten Brennstoff mit einem vorgegebenen Druck durch einen weiter nicht veran schaulichten Auslass 54 zum Brenner strömen.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoff-Brennluft-Förderaggregats 10 dargestellt, das hinsichtlich des Gehäuses 20 und der Lagerung des Flügelra des 30 entsprechend dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gestaltet ist. Der Elektromotor 14 und die Brennstoffpumpe 16 sind hingegen konstruktiv un terschiedlich ausgebildet.

Der Elektromotor 14 weist eine mittels Lagern 38 und 40 gelagerte Welle 36 auf, auf der eine Rotorspule 56 und eine Kupplungsspule 58 je drehfest angeordnet ist. Die Spulen können über nicht dargestellte Bürsten einzeln mit elektrischem Strom gespeist werden.

Die Kupplungsspule 58 ragt über die Vertiefung 24 und wirkt mit dem Lagerring 32 am Flügelrad 30 derart zusammen, dass dieses Flügelrad 30 angetrieben werden kann, selbst dann, wenn die Rotorspule 56 in Ruhe ist. Die Kupp lungsspule 58 und der Lagerring 32 wirken in diesem Fall zugleich als Magnet kupplung und auch als "kleiner" Elektromotor, der nur das Flügelrad 30, nicht aber die Brennstoffpumpe 16 dreht.

Die Rotorspule 56 wirkt mit einem Permanentmagnetenring 60 zusammen, der an der inneren Mantelfläche des Gehäuses 20 drehfest angebracht ist, und dient zum Antreiben der Welle 36 und damit der Brennstoffpumpe 16.

Die Brennstoffpumpe 16 ist als Rollenzellenpumpe gestaltet und fördert im Be trieb Brennstoff von einem Einlass 50 unter Druckerhöhung zu einem Auslass 54, die beide an der bezogen auf Fig. 2 rechten Stirnseite des Gehäuses 20 angeord net sind.

Da die Rotorspule 56 und die Kupplungsspule 58 einzeln ansteuerbar sind, kön nen während des Betriebs des Förderaggregates 10 die Drehzahlen des Brenn luftgebläses 12 und der Brennstoffpumpe 16 voneinander abweichend gesteuert oder geregelt werden. Auf diese Art kann die Gemischzusammensetzung von Brennluft und Brennstoff im Bedarfsfall angepasst werden.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind weder zwischen dem Elektro motor 14 und der Brennstoffpumpe 16, noch zwischen dem Elektromotor 14 und dem Brennluftgebläse 12 Abdichtungen erforderlich. Das Gehäuse 20 ist, bis auf den Einlass 50 und den Auslass 54 hermetisch geschlossen.

Bezugszeichenliste

10

Brennluft-Brennstoff-Förderaggregat

12

Brennluftgebläse

14

Elektromotor

16

Brennstoffpumpe

18

Achse

20

Gehäuse

22

Deckel

24

Vertiefung

26

Lagerring des Deckels

28

Gleitlager

30

Flügelrad

32

Lagerring des Flügelrades

34

Rotor

36

Welle

38

Festlager

40

Loslager

42

Trennwand

44

Permanentmagnetenring

46

Zwischenring

48

Stator

50

Einlass

52

Druckregler

54

Auslass

56

Rotorspule

58

Kupplungsspule

60

Permanentmagnetenring

Claims

1. Heizgerät für mobile Anwendungen, mit
einem Elektromotor (14), der im Betrieb des Heizgerätes sowohl
eine Brennstoffpumpe (12) als auch
ein Brennluftgebläse (16) antreibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Elektromotor (14) derart ausgebildet ist, dass Brennstoff in ihm strömt, und
ein Gehäuse (20) vorgesehen ist, das den Elektromotor (14) zusammen mit der Brennstoffpumpe (12) umschließt.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupp lung (32, 44; 56) zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Elektromotor (14) und dem Brennluftgebläse (12) vorgesehen ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine berührungslose Magnetkupplung (32, 44; 56) mit zwei Magnetrotoren ist, von denen ein erster Magnetrotor (44; 56) innerhalb des Gehäuses (20) und der zweite Magnetrotor (32) außerhalb des Gehäuses (20) angeordnet ist.

4. Heizgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro motor (14) mit einem Anker (44) versehen ist, an dem drehfest, insbeson dere einstückig, der erste Magnetrotor (44; 56) angeordnet ist.

5. Heizgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennluftgebläse (12) mit einem Flügelrad (30) versehen ist, das drehfest, insbesondere einstückig, an dem zweiten Magnetrotor (32) angeordnet ist.

6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Magnetrotor (32) drehbar an dem Gehäuse (20) gelagert ist.

7. Heizgerät für mobile Anwendungen, mit
einem Elektromotor (14), mittels dem im Betrieb des Heizgerätes sowohl
eine Brennstoffpumpe (12) als auch
ein Brennluftgebläse (16) antreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Magnetkupplung (32, 44; 56) vorgesehen ist, mittels derer wahlweise die Brennstoffpumpe (16) und/oder das Brennluftgebläse (12) mit dem Elektromotor (14) koppelbar bzw. von diesem entkoppelbar sind.

8. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffpumpe (16) eine Hub-Drehkolbenpumpe ist.

9. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) als bürstenloser Motor ausgebildet ist.

10. Fahrzeug mit einem Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9.