DE10143479C1 - Zusatzheizgerät mit einem Wärmeübertrager - Google Patents

Abstract

Das Zusatzheizgerät ist für mobile Anwendungen geeignet und mit einem Brenner und einem becherförmigen Wärmeübertrager (10) versehen. Dieser umfasst einen Innenbecher (12) und einen Außenbecher (14), die je einen hohlzylindrischen Wandabschnitt (26, 48) und einen vom Brenner abgewandten Bodenabschnitt (24, 46) aufweisen, zwischen denen im Betrieb des Zusatzheizgerätes ein fluider Wärmeträger strömt. Ferner ist zwischen dem Innenbecher (12) und dem Außenbecher (14) zumindest ein Steg (54) ausgebildet. Um ein Zusatzheizgerät zu schaffen, das bei gleicher Baugröße einen höheren Wirkungsgrad als bekannte Zusatzheizgeräte aufweist, ist der zumindest eine Steg (54) an einem hohlzylindrischen Wandabschnitt (26) einstückig ausgebildet und bildet im montierten Zustand des Außenbechers (14) und des Innenbechers (12) mit dem gegenüberliegenden hohlzylindrischen Wandabschnitt (48) einen Presssitz (54a, 56).

Description

Die Erfindung betrifft ein Zusatzheizgerät für mobile Anwendungen, mit einem Brenner und einem becherförmigen Wärmeübertrager, der einen Innenbecher und einen Außenbecher umfasst, die je einen hohlzylindrischen Wandabschnitt und einen vom Brenner abgewandten Bodenabschnitt aufweisen, zwischen de­ nen im Betrieb des Zusatzheizgerätes ein fluider Wärmeträger strömt, und mit zumindest einem zwischen dem Innenbecher und dem Außenbecher ausgebil­ deten Steg. Ferner betrifft die Erfindung einen derartigen becherförmigen Zusatz­ heizgerät-Wärmeübertrager sowie ein Fahrzeug, das mit einem eingangs ge­ nannten Zusatzheizgerät versehen ist.

Zusatzheizgeräte für mobile Anwendungen, in denen ein fluider Wärmeträger zum Übertragen der erzeugten Wärmeenergie verwendet wird, werden beispiels­ weise als Zusatz-Wasserheizgeräte bei Fahrzeugen, wie Personenwagen, Nutz­ fahrzeugen, Bussen, Eisenbahnwagons oder Schiffen, eingebaut. Sie dienen in der Regel zum Beheizen eines Fahrgastraumes oder zum Vorwärmen des Kühl­ wassers eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs.

Charakteristisches Merkmal eines Zusatzheizgerätes mit einem fluiden Wärme­ träger ist, dass der Wärmeübertrager am Brenner des Zusatzheizgerätes ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, erwärmt. Diese Flüssigkeit kann beispiels­ weise das Kühlwasser des Verbrennungsmotors sein, das vom Zusatzheizgerät vorgewärmt wird. Das Fluid kann aber auch mit Hilfe eines weiteren Wärmeüber­ tragers zum nachfolgenden Erwärmen von Raumluft des Fahrgastraumes genutzt werden. Daher werden die hier relevanten Zusatzheizgeräte oftmals auch als Kombigeräte verwendet, mit denen sowohl das Kühlwasser eines Verbren­ nungsmotors, als auch die Raumluft in einem Fahrgastraum erwärmt werden.

Solche Zusatzheizgeräte sind beispielsweise aus der DE 197 49 809 A1 und der DE 197 49 821 C1 bekannt. Sie weisen je einen Brenner auf, der in der Regel mit einem Flammrohr versehen ist. Im Flammrohr brennt im Betrieb des Brenners eine Flamme, deren Abgas zum Erwärmen des genannten Fluids dient. Dazu ist das Flammrohr von einem becherförmigen Wärmeübertrager umgeben, der dop­ pelwandig ist und durch den das Fluid als Wärmeträger mit Hilfe einer Umwälz­ pumpe gefördert wird. Um die Strömung des Wärmeträgers im doppelwandigen Wärmeübertrager zu lenken, sind am Bodenabschnitt des Innenbechers des be­ cherförmigen Wärmeübertragers einstückig Rippen ausgebildet. Im becherförmi­ gen Wärmeübertrager ist ferner im Bereich der Bodenabschnitte ein Wärmeträge­ reintritt und in einem dem Brenner zugewandten Endbereich eines hohlzylindri­ schen Wandabschnitts ein Wärmeträgeraustritt ausgebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zusatzheizgerät für mobile Anwen­ dungen zur Verfügung zu stellen, dessen Wärmeübertrager bei gleicher Baugrö­ ße einen höheren Wirkungsgrad als bekannte Wärmeübertrager aufweist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem eingangs genannten Zusatzheiz­ gerät gelöst, bei dem der zumindest eine Steg an einem hohlzylindrischen Wandabschnitt einstückig ausgebildet ist und im montierten Zustand des Außen­ bechers und des Innenbechers mit dem gegenüberliegenden hohlzylindrischen Wandabschnitt zumindest abschnittsweise einen Presssitz bildet.

Mit dem erfindungsgemäßen Presssitz wird zwischen dem Wandabschnitt des Innenbechers und dem Wandabschnitt des Außenbechers über den mindestens einen Steg eine wärmeleitende Verbindung geschaffen, durch die Wärmeenergie vom Innenbecher mittels Wärmeleitung im Material des Wärmeübertragers durch die Wärmeträgerschicht zum Außenbecher gelangt. Dadurch erwärmt sich beim erfindungsgemäßen Wärmeübertrager der Außenbecher stärker als bei her­ kömmlichen Wärmeübertragern. Der Außenbecher gibt die derart aufgenommene Wärmeenergie über seine Innenseite an den Wärmeträger ab. Dieser wird daher über eine größere Fläche, nämlich der Außenfläche des Innenbechers und zu­ gleich der Innenfläche des Außenbechers aufgeheizt. Aufgrund dieser vergrö­ ßerten Wärmeübergangsfläche wird bei gleicher Verweildauer des Wärmeträgers im Wärmeübertrager eine größere Menge Wärmeenergie an den Wärmeträger übertragen. Somit ergibt sich bei gleicher Baugröße des Wärmeübertragers ein höherer Wirkungsgrad.

Der erfindungsgemäße Steg erfüllt eine Doppelfunktion, indem er sowohl zum Leiten der Wärmeträgerströmung als auch zum Leiten von Wärmeenergie vom Innenbecher zum Außenbecher dient.

Der mit dem erfindungsgemäßen Steg versehene Wärmeübertrager ist aber auch kostengünstiger zu montieren. Nach einer Vormontage des Innenbechers mit dem Außenbecher sind durch die vorgesehene Presspassung am Steg diese beiden Bauteile fest aneinander gekoppelt. Weitere Befestigungsmittel sind nicht erforderlich. Der Wärmeübertrager kann daher auf besonders einfache Weise vormontiert werden.

Diese Vormontage kann bei einem Zulieferer durchgeführt werden, der den Wär­ meübertrager zugleich abdichtet und auf Dichtheit überprüft. So kann vom Zulie­ ferer beispielsweise zwischen dem Innenbecher und dem Außenbecher an einem nachfolgend dem Brenner des Zusatzheizgerätes zuzuwendenden ersten Endab­ schnitt eine Dichtung, insbesondere in Gestalt eines O-Rings, eingesetzt werden. Die vormontierte, abgedichtete, mit dem Presssitz verbundene und auf Dichtheit überprüfte Baueinheit aus Innenbecher und Außenbecher wird erst nachfolgend zur Endmontage geliefert. So kann ein Dichtheitsfehler am Wärmeübertrager be­ reits beim Zulieferer erkannt und gegebenenfalls bei dessen Fertigung zur Feh­ lerbehebung berücksichtigt werden. Es ist ein kurzer Qualitätssicherungszyklus entstanden, bei dem insbesondere auch Kosten für eine Rücklieferung fehlerhaf­ ter Teile von der Endmontage zum Zulieferer entfallen.

Durch die erfindungsgemäße thermische Anbindung des Außenbechers an den Innenbecher wird neben den bereits genannten Vorteilen auch die Wirkung von Einflüssen aus der Umgebung des Wärmeübertragers, wie beispielsweise Fahrt­ wind oder Spritzwasser, auf den Wärmeübertrager verringert. Der Außenbecher weist eine höhere und geringer schwankende Temperatur auf. Am Außenbecher bekannter Wärmeübertrager sind oftmals Temperaturfühler angeordnet, die für ein Steuergerät des Zusatzheizgerätes Information über die Temperatur des Wärmeträgers oder des Innenbechers erfassen sollen. Sind solche Temperatur­ fühler am Außenbecher des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers vorgesehen, so zeigt sich, dass sie besonders gleichmäßig genaue Messdaten über die Tem­ peratur des Wärmeträgers oder des Innenbechers bereitstellen. Dabei ist es be­ sonders vorteilhaft, wenn mit einem Messfühler am Außenbecher im Bereich des erfindungsgemäßen Steges mit Presssitz gemessen wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der mindestens eine Steg außen am Innenbecher des Wärmeübertragers angeformt. Ein derart ausgebil­ deter Steg lässt sich mit verschiedenen Herstellungsverfahren besonders kosten­ günstig und maßgenau ausbilden. Der Steg ist im Gegensatz zu einem innen am Außenbecher ausgebildeten Steg leichter zugänglich und kann daher mit allen bekannten Bearbeitungsverfahren gefertigt werden. Ferner kann der Steg auch mit Gießverfahren präzise ausgeformt werden. Der Steg kann auch in zwei Schritten hergestellt sein, das bedeutet, dass in einem ersten Schritt, beispiels­ weise einem Gießverfahren, der Steg in Rohgestalt ausgebildet und nachfolgend mit einem Feinbearbeitungsverfahren für die Presspassung nachgearbeitet wird. Bevorzugt wird jedoch ein einstufiges Herstellungsverfahren verwendet, bei dem der Steg zusammen mit dem restlichen Innenbecher als einstückiges Bauteil her­ gestellt, insbesondere aus Aluminium gegossen wird. Dabei soll der Presssitz am erfindungsgemäßen Steg mindestens so lang ausgebildet sein, dass die gieß­ technisch bedingten Toleranzen und zugleich die gewünschte Haftung zwischen den Presssitzflächen über die vorhandenen Gussschrägen gewährleistet sind.

Der Presssitz ist insbesondere dort sinnvoll, wo von der Flamme des Brenners der größte Wärmeenergieeintrag auf den Innenbecher erfolgt. Dies ist am Innen­ becherbodenabschnitt der Fall. Daher soll der Presssitz an den hohlzylindrischen Wandabschnitten in der Nähe der Bodenabschnitte des Wärmeübertragers ange­ ordnet sein. Besonders sinnvoll ist ein Presssitz auch am Übergang vom Boden­ abschnitt zum hohlzylindrischen Wandabschnitt. Der Steg kann sich also bei­ spielsweise über den hohlzylindrischen Wandabschnitt hinaus bis über den an­ grenzenden Bodenabschnitt erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann der Presssitz an einer Rippe an den Bodenabschnitten des Wärmeübertragers selbst ausgebildet sein. Der Steg erstreckt sich vorteilhaft in einer Symmetrieebene des Wärmeübertragers. Neben dem Steg können weitere Stege angeordnet sein. Durch eine entsprechend große Anzahl an Stegen kann ein optimales Verhältnis zwischen der den Wärmeträger führenden Freifläche am hohlzylindrischen Wandabschnitt und der die Wärmeenergie an den Außenbecher übertragenden Querschnittsfläche der Stege gebildet werden.

Die Stege können vorteilhaft zugleich zum Zentrieren des Innenbechers im Au­ ßenbecher verwendet werden, indem an der Mantelfläche des hohlzylindrischen Wandabschnitts mindestens drei Stege insbesondere regelmäßig verteilt ange­ ordnet sind, die je einen Presssitz bilden.

Eine besonders vorteilhafte Durchströmung des erfindungsgemäßen Wärmeträ­ gers ist insbesondere dann gewährleistet, wenn der hohlzylindrische Wandab­ schnitt einen dem Brenner zugewandten ersten Endbereich aufweist und der Wärmeübertrager einen Wärmeträgereintritt sowie einen Wärmeträgeraustritt aufweist, die am ersten Endbereich angeordnet sind.

Die Anschlüsse am erfindungsgemäßen Zusatzheizgerät können besonders kompakt an einem Endbereich des Wärmeübertragers zusammengefasst werden, indem der Wärmeübertrager einen Abgasaustritt aufweist, der ebenfalls am er­ sten Endbereich angeordnet ist.

Ferner ist das Zusatzheizgerät vorteilhaft mit einem im Querschnitt kreisringförmi­ gen Wärmeübertrager versehen, und der Wärmeträgereintritt ist diametral gegen­ über vom Wärmeträgeraustritt angeordnet. Im Wärmeübertrager sind dann nur besonders wenige Mittel zur Strömungsführung vorzusehen, so das der Wärme­ übertrager insgesamt einen verhältnismäßig geringen Strömungswiderstand für den mittels einer Umwälzpumpe zu fördernden Wärmeträger bietet. Es kann da­ her eine Umwälzpumpe mit entsprechend geringer Pumpleistung verwendet wer­ den. Alternativ können der Wärmeträgereintritt und der Wärmeträgeraustritt auch auf einer Seite, d. h. einem Halbkreis des im Querschnitt nahezu kreisringförmigen Bechers des Wärmeübertragers angeordnet sein. Die Strömungsführung im Wärmeträger ist in diesem Fall zwar etwas aufwendiger. Die damit verbundenen Nachteile können aber durch entsprechende Vorteile, wie beispielsweise einen besonders kostengünstig gestalteten Anschlussblock für den Wärmeträgereintritt und Wärmeträgeraustritt kompensiert werden.

Um den Verlauf der Wärmeträgerströmung darüber hinaus zu verbessern, kann bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Innenbecher sowie dem Außenbecher am Wärmeträgereintritt und am Wärmeträgeraustritt je ein Sammelraum ausgebildet sein. Die Sammelräume können dabei vorteilhaft als Abschnitte eines Ringes mit insbesondere im wesentlichen kreisrundem oder el­ lipsenförmigem Querschnitt gestaltet sein, in dem der Wärmeträger im wesentli­ chen laminar strömt.

Am hohlzylindrischen Wandabschnitt sind darüber hinaus vorteilhaft zwei weitere im wesentlichen diametral gegenüberliegende Stege ausgebildet, die zwischen einer dem Wärmeträgereintritt zugewandten Seite und einer dem Wärmeträ­ geraustritt zugewandten Seite eine Abtrennung bilden, mittels der der Wärmeträ­ gerstrom vom Wärmeträgereintritt hin zum Bodenabschnitt und zurück zum Wär­ meträgeraustritt geleitet wird. Damit kann, trotz der einseitigen Ein- und Auslei­ tung des Wärmeträgers an nur einem Endbereich des erfindungsgemäßen Wär­ meübertragers, die wärmeübertragende Fläche des Bodenabschnitts des Wär­ meträgers besonders vorteilhaft als Wärmeübertragungsfläche genutzt werden. Es wird damit der rauchgasseitig angeordnete Innenbecher auf der Seite des Wärmeträgers, der dort als Kühlmedium wirkt, optimal umströmt. Die beiden Ste­ ge erstrecken sich insbesondere je zwischen dem Innenbecher und dem Außen­ becher vom ersten Endbereich zum Bodenabschnitt. Sie unterteilen den Zwi­ schenraum zwischen dem Innen- und dem Außenbecher in zwei Halbschalen, die vom Wärmeträger aufeinanderfolgend durchströmt werden. Sie unterbrechen die direkte Verbindung zwischen den eintritts- und austrittsseitigen Sammelräumen über den Umfang der hohlzylindrischen Wand. Stattdessen wird der Wärmeträ­ gerstrom durch den gesamten Wärmeträger vom ersten Endabschnitt zum Bo­ denabschnitt und von diesem zum ersten Endabschnitt zurück geleitet. Da für diese Strömungsumleitung nur allein zwei Stege erforderlich sind, ist ein beson­ ders geringer Strömungswiderstand gewährleistet. Trotzdem bei dieser Art Strö­ mungsleitung eine Strömungsumlenkung erfolgt, wird der Bodenabschnitt, an den von der Flamme des Brenners die größte Wärmeenergie abgegeben wird, nahe­ zu gleichmäßig umströmt. Es kommt nicht zu Rückströmungen oder gravierenden Turbulenzen. Entsprechend angepasste Querschnittsflächen der Halbschalen des Zwischenraums und der Querschnittsfläche des Zwischenraums am Boden­ abschnitt können diesen Effekt unterstützen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der beiden Stege zum Leiten der Wärmeträger­ strömung begrenzen diese auf der dem Wärmeträgereintritt zugewandten Seite des Wärmeübertragers einen Winkel von weniger als 180°. D. h. die Stege be­ grenzen im Zwischenraum zwischen Innen- und Außenbecher nicht genau zwei "Halbschalen", sondern beispielsweise eine "Viertelschale" und eine "Dreiviertel­ schale". Der Begriff "Halbschale" wird also in diesem Zusammenhang auch für Schalen verwendet, die nur in etwa einen halben Kreis überspannen. Besonders vorteilhaft sind die begrenzten Winkel im Bereich von 65°/295° bis zu 175°/­ 185°, insbesondere von 130°/230° bis zu 160°/200°. Die Seite des Wärme­ übertragers, an der der Zwischenraum im Querschnitt den größeren Winkel auf­ weist, beispielsweise 210°, ist vorteilhaft diejenige Seite, an der der Wärmeträ­ geraustritt angeordnet ist. Auf diese Weise wird auf der Seite des Wärmeträge­ reintritts die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, was die Gefahr des Ansammelns von Blasen verringert und die Entlüftung des Wärmeübertragers verbessert. Im Gegensatz dazu werden eventuell angesammelte Blasen in der Halbschale der Austrittsseite über den Wärmeträgeraustritt automatisch abgeleitet, so daß eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit nicht erforderlich ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zusatzheiz­ gerätes anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Innenbechers und eines Außenbechers des Wärmeübertragers im montierten Zustand des Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Zusatzheizgerätes;

Fig. 2 den Schnitt II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 in einer Draufsicht die Außenseite des Innenbechers.

Ein in den Fig. 1 und 2 dargestellter im wesentlichen becherförmiger Wärme­ übertrager 10 weist einen Innenbecher 12 und einen Außenbecher 14 auf. Im Innenbecher 12 befindet sich im montierten Zustand eines weiter nicht darge­ stellten Zusatzheizgerätes ein Flammrohr eines Brenners. Eine im Flammrohr brennende Flamme erzeugt Strahlungswärme sowie erwärmtes Abgas. Das Ab­ gas strömt vom Flammrohr umgelenkt ins Innere des Innenbechers 12 und gibt dabei seine Wärmeenergie an diesen ab. Zwischen dem Innenbecher 12 und dem Außenbecher 14 strömt ein fluider Wärmeträger, beispielsweise das Kühl­ wasser eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors. Das Kühlwasser nimmt die an den Innenbecher 12 übertragene Wärmeenergie zum größten Teil auf.

Der Innenbecher 12 ist mit einem Anschlussblock 16 versehen, an dem ein Ab­ gasaustritt 22 ausgebildet ist.

Der Innenbecher 12 umfasst einen dünnwandigen, im wesentlichen leicht scha­ lenförmigen und kreisrunden Innenbecherbodenabschnitt 24, an den sich ein In­ nenbecherrohr bzw. hohlzylindrischer Innenbecherwandabschnitt 26 in Richtung des Brenners bzw. des Anschlussblocks 16 anschließt. Der Übergang zwischen dem Innenbecherbodenabschnitt 24 und dem Innenbecherrohr 26 ist abgerundet. Das Innenbecherrohr 26 mündet an einer ringförmigen Vertiefung 28, die in dem Anschlussblock 16 ausgebildet ist. Der Anschlussblock 16 ist mittig von einer Öff­ nung 30 durchbrochen, an die sich ein Hohlraum 32 im Inneren des Innenbechers 12 anschließt. Mit der Öffnung 30 wird der Anschlussblock 16 beim Montieren am Brenner über dessen Flammrohr geschoben.

Im Anschlussblock 16 ist eine Wärmeträgereintrittsöffnung 18 und eine Wärme­ trägeraustrittsöffnung 20 ausgebildet (Fig. 3), die den Anschlussblock 16 durch­ setzen und an der ringförmigen Vertiefung 28 münden.

An der äußeren Mantelfläche des Innenbecherrohrs 26 erstrecken sich zwei Ste­ ge 34 und 36 in Längsrichtung des Innenbecherrohrs 26 ausgehend von der Ver­ tiefung 28 bis zum Innenbecherbodenabschnitt 24. Ferner sind am Innenbecher­ bodenabschnitt 24 mehrere Rippen 38, 39, 60, 62 ausgebildet, deren Enden re­ gelmäßig verteilt über den Umfangsrand des Innenbecherbodenabschnitts 24 angeordnet sind. Diese Rippen erstrecken sich auch über den an den Innenbe­ cherbodenabschnitt 24 angrenzenden Bereich des Innenbecherrohrs 26. Von diesen Rippen erstrecken sich mehrere Rippen 38 ausgehend vom Umfangsrand radial nur einen kurzen Abschnitt über den Innenbecherbodenabschnitt 24. Sie überspannen im wesentlichen nur eine am Übergang zwischen Innenbecherbo­ denabschnitt 24 und Innenbecherrohr 26 ausgebildete Rundung. Die zentrale Rippe 39 erstreckt sich im wesentlichen diametral und geradlinig über den ge­ samten Innenbecherbodenabschnitt 24. Sie liegt in der Symmetrieebene der bei­ den Stege 34 und 36.

Ferner sind am Innenbecherbodenabschnitt 24 die Rippen 60 und 62 auf jeder Seite der zentralen Rippe 39 bogenförmig und die Rippe 39 flankierend angeord­ net. Sie erstrecken sich je von einer Seite des Innenbecherrohres 26 bis zur ge­ genüberliegenden Seite.

Mit dem Anschlussblock 16 sind sämtliche Anschlüsse für Zu- und Ableitungen am Wärmeübertrager 10 in einem Bauteil zusammengefasst. Dieses Bauteil kann entsprechend seiner Funktion hinsichtlich Materialwahl, konstruktiver Gestaltung und Fertigung optimal abgestimmt werden. Ferner wird durch die zusammenge­ fassten Anschlüsse die Montage im zugehörigen Zusatzheizgerät vereinfacht.

Der Wärmeträgereintritt ist am Anschlussblock 16, also an dem dem Brenner zu­ gewandten Endbereich des Wärmeübertragers 10, angeordnet. Dies steht im Gegensatz zur üblichen Anordnung eines Wärmeträgereintritts am Bodenab­ schnitt eines Wärmeübertragers. Dadurch wird beim erfindungsgemäßen Wär­ meübertrager 10 der von der Flamme des Brenners besonders erwärmte Boden­ abschnitt gleichmäßig von Wärmeträger umströmt.

Die Stege 34 und 36 unterteilen nach der Montage den zwischen dem Außenbe­ cher 14 und dem Innenbecher 12 gebildeten Hohlraum in zwei etwa halbscha­ lenförmige Hohlraumabschnitt 40 und 42. Der Hohlraumabschnitt 40 befindet sich auf der Seite des Wärmeträgereintritts, der Hohlraumabschnitt 42 auf der Seite des Wärmeträgeraustritts. Der eintretende fluide Wärmeträger strömt zunächst in den erweiterten Sammelraum 28 und dann in den Hohlraumabschnitt 40, von diesem bedingt durch die Ablenkung mit Hilfe der Stege 34 und 36 über den In­ nenbecherbodenabschnitt 24 hinweg und erst nachfolgend durch den Hohlrau­ mabschnitt 42 in den wärmeträgeraustrittsseitig angeordneten Sammelraum 28. Der Wärmeübertrager wird somit über die gesamte Fläche des Innenbechers 12 gleichmäßig von Wärmeträger umströmt.

Im Anschlussblock 16 ist ferner auch ein Sammelraum 44 im Bereich des Abgas­ austritts 22 ausgebildet.

Die von den Stegen 34 und 36 begrenzten Hohlraumabschnitte 40 und 42 sind nicht genau halbschalenförmig. Die Stege 34 und 36 sind nämlich nicht gegen­ überliegend am Innenbecher 12 angeordnet sondern leicht diametral versetzt. Sie begrenzen auf der Seite des Wärmeträgereintritts einen Winkel a von 150° am Umfang des Innenbechers 12 und auf der Seite des Wärmeträgeraustritts 20 ei­ nen Winkel b von 210°. Daher ist der Hohlraumabschnitt 40 auf der Eintrittsseite des Wärmeträgers im in Fig. 2 dargestellten Querschnitt kleiner, als der Hohlrau­ mabschnitt 42 auf der Austrittsseite. Auf diese Weise wird eintrittsseitig die Strö­ mungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers erhöht und damit die Gefahr der Bla­ senbildung und deren Ansammlung oder Kavitation verringert.

Die Rippe 38 lenkt gemeinsam mit den bogenförmigen flankierenden Rippen 60 und 62 die Wärmeträgerströmung am Übergang zwischen Innenbecherbodenab­ schnitt 24 und Innenbecherrohr 26 von den Mantelflächen des Innenbechers 12 bzw. Außenbechers 14 über deren Bodenabschnittsflächen. So werden Totwas­ sergebiete an dem Bodenabschnitt des Wärmeübertragers 10 vermieden.

Der Außenbecher 14 des becherförmigen Wärmeübertragers 10 weist einen Au­ ßenbecherbodenabschnitt 46 auf, an den sich ein Außenbecherrohr 48 an­ schließt. Der Außenbecherbodenabschnitt 46 ist kreisförmig und wölbt sich leicht schalen- bzw. schüsselförmig nach außen.

Das Montieren des Wärmeübertragers 10 erfolgt, indem das Außenbecherrohr 48 des Außenbechers 14 über den Innenbecherbodenabschnitt 24 und das Innen­ becherrohr 26 gestülpt wird. An dem Außenbecherrohr 48 ist an dem vom Au­ ßenbecherbodenabschnitt 48 abgewandten Ende ein Dichtsitz 50 ausgebildet, der beim Montieren des Außenbechers 14 auf den Innenbecher 12 an einem Dichtungsring 52 am Anschlussblock 16 zum Anliegen kommt. Zwischen dem Innenbecher 12 und dem Außenbecher 14 ist so der Hohlraum 40, 42 geschaf­ fen, durch den der Wärmeträger strömt.

Ziel ist es einen möglichst wirkungsvollen Wärmeübergang zwischen dem Abgas und dem Wärmeträger zu schaffen. Zugleich muss der Wärmeübertrager 10 kompakt gebaut und kostengünstig herzustellen und zu warten sein.

Um einen Wärmeübertrager 10 zu schaffen, bei dem dieses Ziel erreicht ist, sind an der äußeren Mantelfläche des Innenbechers 12 neben den Stegen 34 und 36 insgesamt 22 axial ausgerichtete Stege 54 in regelmäßigen Abständen verteilt einstückig mit dem Innenbecherrohr 26 ausgebildet, die im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel von den axialen Umfangsabschnitten der Rippen 38, 60 und 62 ge­ bildet sind (siehe auch Fig. 3, worin beispielhaft nur einige der Stege mit 54 be­ zeichnet sind). Beispielsweise sechs von diesen Stegen 54 sind an ihrem dem Außenbecher 14 zugewandten Ende mit Presssitzflächen 54a versehen (Fig. 2). Diese Presssitzflächen 54a gelangen beim Überstülpen des Außenbechers 14 über den Innenbecher 12 an zugehörigen Presssitzflächen 56 an der inneren Mantelfläche des Außenbecherrohres 48 zum Anliegen. Durch die genannten sechs Stege 54 wird so eine kraftschlüssige und zugleich wärmeleitende Verbin­ dung zwischen dem Innenbecher 12 und dem Außenbecher 14 hergestellt. Die Presssitzflächen 54a sind insbesondere an dem dem Außenbecherbodenab­ schnitt 46 zugewandten Endbereich der Stege 54 ausgebildet, dort wo der Innen­ becher 12 dem stärksten Eintrag von Wärmeenergie durch die Flamme des Brenners ausgesetzt ist.

Am Außenbecherrohr 48 sind die Presssitzflächen 56 an kleinen Plateaus 58 ausgebildet. Die Presssitzflächen 54a und die gegenüberliegenden Presssitzflä­ chen 56 an den Plateaus 58 sind gut zugänglich und können besonders leicht feinbearbeitet oder direkt im Druckgußverfahren hergestellt werden. Die sechs Stege 54 sind ferner mit weiter nicht dargestellten Einführschrägen versehen. Die Presssitzflächen 56 am Außenbecher 14 sind mit einer geringen Neigung zur Längsachse des Außenbecherrohres 48 ausgebildet, so dass sich beim Über­ stülpen des Außenbechers 14 Pressschrägen ergeben, die beim Verpressen zu einer kraftschlüssigen und zugleich gut wärmeleitenden Verbindung von Innen­ becher 12 und Außenbecher 14 führen.

Alternativ oder zusätzlich kann die zentrale Rippe 39 mit Presssitzflächen verse­ hen sein, die entweder in eine Nut am Außenbecherbodenabschnitt 46 eintau­ chen oder aber an den Seiten der Rippe 39 am Übergang zum Innenbecherrohr 26 an der Innenseite des Außenbecherrohrs 48 anliegen.

Die Stege 54 bzw. die Rippe 39 stellt wie bereits erwähnt eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem Innenbecher 12 und dem Außenbecher 14 her. Über diese Verbindung strömt beim Aufheizen des Innenbechers 12 Wärmeenergie auf den Außenbecher 14 über. Dieser Wärmeenergie trägt über die innere Mantelflä­ che des Außenbechers 14 zur Erwärmung des Wärmeträgers bei. So ist eine vergrößerte Wärmeübergangsfläche geschaffen. Der Wärmeübertrager 10 weist daher bei gleicher Baugröße einen höheren Wirkungsgrad auf.

Die Stege 54 dienen zugleich zum Zentrieren des Innenbecherrohres 26 im Au­ ßenbecherrohr 48. Sie schaffen ferner eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Innenbecher 12 und dem Außenbecher 14, mit der diese beiden Bauteile ausreichend fest aneinander gekoppelt sind, dass der Hohlraum dazwischen auf Dichtheit geprüft werden kann und die Baueinheit als solche von einem Zuliefe­ ranten zu einer Endmontage geliefert und dort verbaut werden kann, ohne dass der Außenbecher 14 zusätzlich am Innenbecher 12 gesichert werden müsste.

Bezugszeichenliste

10

becherförmiger Wärmeübertrager

12

Innenbecher

14

Außenbecher

16

Anschlussblock bzw. dem Brenner zugewandter Endbereich

18

Wärmeträgereintritt

20

Wärmeträgeraustritt

22

Abgasaustritt

24

Innenbecherbodenabschnitt

26

Innenbecherrohr

28

Vertiefung

30

Öffnung

32

Hohlraum

34

Steg

36

Steg

38

Rippe

39

zentrale Rippe

40

Hohlraumabschnitt

42

Hohlraumabschnitt

44

Sammelraum

46

Außenbecherbodenabschnitt

48

Außenbecherrohr

50

Dichtsitz

52

Dichtungsring

54

Stege

54

a Presssitzfläche

56

Presssitzfläche

58

Plateau

60

bogenförmige Rippe

62

bogenförmige Rippe
a Winkel des eintrittsseitigen Hohlraumabschnitts
b Winkel des austrittsseitigen Hohlraumabschnitts

Claims (10)

1. Zusatzheizgerät für mobile Anwendungen, mit einem Brenner und einem becherförmigen Wärmeübertrager (10), der einen Innenbecher (12) und ei­ nen Außenbecher (14) umfasst, die je einen hohlzylindrischen Wandab­ schnitt (26, 48) und einen vom Brenner abgewandten Bodenabschnitt (24, 46) aufweisen, zwischen denen im Betrieb des Zusatzheizgerätes ein flui­ der Wärmeträger strömt, und mit zumindest einem zwischen dem Innenbe­ cher (12) und dem Außenbecher (14) ausgebildeten Steg (54), dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Steg (54) an einem hohlzylindrischen Wandab­ schnitt (26) einstückig ausgebildet ist und im montierten Zustand des Au­ ßenbechers (14) und des Innenbechers (12) mit dem gegenüberliegenden hohlzylindrischen Wandabschnitt (48) einen Presssitz (54a, 56) bildet.

2. Zusatzheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Mantelfläche des hohlzylindrischen Wandabschnitts (26) mindestens drei Stege (54) insbesondere regelmäßig verteilt angeordnet sind, die je einen Presssitz (54a, 56) bilden.

3. Zusatzheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (54) am Innen­ becher (12) des Wärmeübertragers (10) angeformt ist.

4. Zusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylindrische Wandabschnitt (26, 48) einen dem Brenner zugewandten ersten Endbereich (16) und der Wärme­ übertrager (10) einen Wärmeträgereintritt (18) sowie einen Wärmeträger­ austritt (20) aufweist, die am ersten Endbereich (16) angeordnet sind.

5. Zusatzheizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (10) einen Abgas­ austritt (22) aufweist, der ebenfalls am ersten Endbereich (16) angeordnet ist.

6. Zusatzheizgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der becherförmige Wärmeübertrager (10) im Querschnitt kreisringförmig ist, und der Wärmeträgereintritt (18) diame­ tral gegenüber vom Wärmeträgeraustritt (20) angeordnet ist.

7. Zusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am hohlzylindrischen Wandabschnitt (26, 46) zwei weitere im wesentlichen diametral gegenüberliegende Stege (34, 36) ausgebildet sind, die zwischen einer dem Wärmeträgereintritt (18) zu­ gewandten Seite und einer dem Wärmeträgeraustritt (20) zugewandten Seite eine Abtrennung bilden, mittels der der Wärmeträgerstrom vom Wärmeträgereintritt (18) hin zum Bodenabschnitt (24, 46) und zurück zum Wärmeträgeraustritt (20) geleitet wird.

8. Zusatzheizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden weiteren Stege (34, 36) an der dem Wärmeträgereintritt (18) zugewandten Seite einen Winkel (a) von we­ niger als 180° begrenzen.

9. Becherförmiger Zusatzheizgerät-Wärmeübertrager (10) mit den Merkmalen des in einem der Ansprüche 1 bis 8 genannten Wärmeübertragers (10).

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