DE10163141C1 - Heizgerät mit einem Elektromotor - Google Patents

Abstract

Das Heizgerät (10) ist für mobile Anwendungen bestimmt und mit einem Zerstäubungsbrenner (12) versehen, bei dem an einer Zerstäubungsdüse (14) flüssiger Brennstoff mit einem Rotor (44) einer Pumpe (16) zugeführt werden kann, der von einem Läufer (22) eines Elektromotors (18) antreibbar ist. Damit insbesondere die Anordnung von Zerstäubungsbrenner (14), Pumpe (16), Elektromotor (18) und einem Flügelrad (20) äußerst kompakt gestaltet ist, ist der Läufer des Elektromotors (18) als Außenläufer (22) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät für mobile Anwendungen, mit einem Zerstäu­ bungsbrenner, bei dem an einer Zerstäubungsdüse flüssiger Brennstoff mit einem Rotor einer Pumpe zugeführt werden kann, der von einem Läufer eines Elektro­ motors antreibbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das mit einem derartigen Heizgerät versehen ist.

Heizgeräte für mobile Anwendungen werden beispielsweise als Zusatz- Wasserheizgeräte bei Fahrzeugen wie Personenwagen, Nutzfahrzeugen, Bus­ sen, Eisenbahnwagons oder Schiffen eingebaut. Sie dienen in der Regel zum Beheizen eines Fahrgastraumes oder zum Vorwärmen des Kühlwassers eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs.

Charakteristisches Merkmal eines Heizgerätes mit einem Zerstäubungsbrenner ist es, dass der zu verbrennende Brennstoff unter hohem Druck an einer Zer­ stäubungsdüse des Brenners ausgesprüht wird. Der hohe Druck wird von einer Pumpe aufgebaut, welche den Brennstoff aus einem Tank ansaugt. Die Pumpe wird von einem Elektromotor angetrieben, der darüber hinaus ein Flügelrad dre­ hen kann, mit dem am Zerstäubungsbrenner Brennluft zugeführt wird.

Aus der DE 35 36 143 C2 und der DE 35 36 170 A1 sind Zerstäubungsbrenner für ein brennstoffbetriebenes Heizgerät bekannt, bei denen eine Zerstäubungs­ düse mit einem sie tragenden Düsenstock, eine Brennstoffpumpe, ein vorge­ schalteter Filter und ein nachgeschaltetes Magnetventil zu einer vormontierten Baueinheit zusammengefasst sind. Die Baueinheit ist an einem Flansch befestig­ bar, der in ein Gehäuseteil des Heizgerätes eingesetzt wird. Die Baueinheit ist bereits verhältnismäßig einfach aufgebaut und leicht zu montieren. Nach der Montage der Baueinheit wird ein die Pumpe antreibender Elektromotor an dieser angebracht.

Aus der DE 195 34 866 A1 und der DE 94 20 677 U1 sind Zerstäubungsbrenner für flüssigen Brennstoff für Heizgeräte bekannt, bei denen ein Düsenstock eine Zerstäubungsdüse trägt, zu der von einer Brennstoffpumpe durch eine Brenn­ stoffleitung Brennstoff gefördert wird. Die Pumpe ist in einer radialen Trägerplatte eines Brennergehäuses integriert ausgebildet. Angetrieben wird die Pumpe von einem Elektromotor über eine Antriebswelle, wobei eine Kupplung zwischenge­ ordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Heizgerät derart zu verbessern, daß es besonders wenig Bauraum erfordert und insbeson­ dere die Anordnung von Zerstäubungsbrenner, Pumpe, Elektromotor und Flügel­ rad äußerst kompakt gestaltet ist, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Heizge­ rät bereitzustellen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem eingangs genannten Heizgerät gelöst, bei dem der Läufer des Elektromotors als Außenläufer gestaltet ist. Ferner ist die Aufgabe mit einem Fahrzeug gelöst, bei dem ein derartiges erfindungsge­ mäßes Heizgerät vorgesehen ist.

Ein Elektromotor mit einem Außenläufer weist eine verhältnismäßig große radiale Erstreckung auf, ist zugleich aber in axialer Richtung besonders kurz gebaut. Mit ihm kann der an einem Heizgeräte vorhandene Bauraum optimal genutzt werden.

Darüber hinaus weist ein Elektromotor mit einem Außenläufer ein innenliegendes Ständergehäuse auf, in dem besonders platzsparend eine Stützwelle für den Au­ ßenläufer gelagert sein kann.

Die erfindungsgemäße Gestaltung führt zu einem äußerst kompakt gestalteten Elektromotor, um den herum in radialer Richtung wenig Totraum verbleibt. Der Außenläufer läuft aufgrund seiner kurzen axialen Länge vibrations- und ge­ räuscharm. Er bietet ferner, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, die Grundlage für viele vorteilhafte Weiterbildungen, welche den Vorteil des geringen Raumbedarfs noch vergrößern.

Der Außenläufer ist aufgrund seiner großen radialen Erstreckung auch sehr gut zum Abstützen eines Flügelrades geeignet, welches besonders kostengünstig auch einstückig mit einer Stützstruktur des Außenläufers ausgebildet sein kann. An der Stützstruktur sind ferner Magnete des Außenläufers, beispielsweise Per­ manentmagnete oder Elektromagnete, gehaltert.

Der erfindungsgemäß gestaltete Elektromotor bildet mit der Pumpe vorteilhaft eine Baueinheit, die eine drehbar gelagerte Welle aufweist, mittels der sowohl der Läufer als auch der Rotor abgestützt sind. Für den antreibenden Elektromotor und die brennstofffördernde Pumpe ist also eine gemeinsame Welle ohne Zwi­ schenkupplung vorgesehen. Die Welle verbindet unmittelbar den Außenläufer des Elektromotors mit dem Rotor der Pumpe. Die Welle kann sowohl Primärwelle des Elektromotors als auch der Pumpe sein. Für die Welle sind Lager vorgese­ hen, die gleichzeitig die Lagerung für den Läufer des Elektromotors und den Ro­ tor der Pumpe bilden. Die erfindungsgemäße Baueinheit ist insbesondere in axialer Richtung extrem kurz. Ferner entfällt eine zusätzliche Schnittstelle zwi­ schen dem Elektromotor und der Pumpe. Die Gefahr von Leckage ist verringert. Die Laufkultur des Elektromotors und der Pumpe ist weiter verbessert. Schließlich ist die Baueinheit aufgrund der geringen Anzahl an Schnittstellen besonders vielfältig bei verschiedenen Typen von Heizgeräten einsetzbar. Zwischen dem Elektromotor und der Pumpe ist an der gemeinsamen Welle in der Regel ein Dichtelement vorgesehen, das zwischen den genannten Lagern angeordnet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch in axialer Richtung der Welle neben den Lagern ein Dichtelement angeordnet sein. Auf diese Weise können die Lager ganz oder teilweise von Brennstoff umspült und geschmiert bzw. gekühlt sein.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Baueinheit ein Gehäuse auf, das sowohl teilweise einen Ständer des Elektromotors als auch teilweise einen Stator der Pumpe bildet. Bei dieser Weiterbildung sind also das Elektromotor- und das Pumpen-Gehäuse einstückig gestaltet. In ein derart ge­ staltetes Gehäuse lassen sich alle drehbaren Teile von Elektromotor und Pumpe aufeinanderfolgend montieren. Das Gehäuse bildet sozusagen die Montage­ plattform. Das Gehäuse kann auch derart weitergebildet sein, dass an ihm ferner unmittelbar die Zerstäubungsdüse angebracht ist. In diesem Fall dient das Ge­ häuse als zentrale Stütze für den Läufer des Elektromotors, den Rotor der Pumpe und die Zerstäubungsdüse. Im Gehäuse können die zum Zu- und Abführen von Brennstoff erforderlichen Kanäle integriert sein, ohne dass sich Trennflächen er­ geben, welche hydraulisch abzudichten wären. Ferner können in das Gehäuse Ventile zum Steuern der Brennstoffzufuhr und Brennstoffabfuhr eingesetzt sein.

Das Gehäuse kann vorteilhaft zumindest teilweise eine Trennwand des Heizge­ rätes bilden. Herkömmliche Heizgeräte sind mit einer Trennwand versehen, an der einerseits der Brenner und sein Wärmeübertrager und andererseits die Pum­ pe und der Elektromotor mit seinem Flügelrad montiert sind. Indem erfindungs­ gemäß weitergebildet die Trennwand und das Gehäuse von Pumpe und Elektro­ motor als Baueinheit ausgebildet ist, können der Wärmeübertrager, der Brenner und schließlich die Baueinheit von einer Seite nacheinander besonders einfach in ein äußeres Heizgerätgehäuse montiert werden. Die Öffnung zur Montage des Wärmeübertragers und des Brenners ist dabei besonders groß. Alternativ kann das erfindungsgemäß weitergebildete Gehäuse mit seiner Trennwand als zen­ trales Bauelement dienen, an dem der Brenner und gegebenenfalls der Wärme­ übertrager vormontiert werden. Am Gehäuse kann vorteilhaft ein Zentrierbund vorgesehen sein, mittels dem es am Heizgerätgehäuse ausgerichtet wird.

Hinsichtlich der Energieversorgung und Steuerung der Komponenten des erfin­ dungsgemäßen Heizgerätes ist vorteilhaft eine Steuerung für den Elektromotor und/oder die Pumpe vorgesehen, die scheibenförmig gestaltet ist und sich im we­ sentlichen radial zur Welle erstreckt. Die Steuerung kann beispielsweise eine Steuerplatine aufweisen, auf der Bauelemente angeordnet sind. Die radial ausge­ richtete scheibenförmige Steuerung nutzt den am erfindungsgemäßen Heizgerät verbleibenden Bauraum um den axial verhältnismäßig kurzen Elektromotor opti­ mal aus. Trotz der radialen Erstreckung der Steuerung kann diese bei dem erfin­ dungsgemäßen Heizgerät, welches den radialen Bauraum am Elektromotor und am Flügelrad optimal nutzt, von Brennluft umströmt bzw. durchströmt werden.

Die auf der erfindungsgemäßen scheibenförmigen Steuerplatine angeordneten Bauelemente können mit Hilfe einer Schutzhaube, insbesondere mit einem Schutzüberzug, auf einfache Weise geschützt sein, damit sie nicht bei extremen Einsatzbedingungen Schmutz und Wasser ausgesetzt sind, welche durch die geförderte Brennluft zugeführt werden. Die Bauelemente können darüber hinaus auch derart angeordnet und ausgebildet sein, dass die entlangströmende Brenn­ luft zum Kühlen von Bauelementen auf der Platine beiträgt.

Die radial gerichtete Steuerung, d. h. die Platine bzw. die darauf angeordneten Bauelemente, sind vorteilhaft ferner derart angeordnet, dass ein vom Elektromo­ tor mit Hilfe des Flügelrades geförderter Brennluftstrom an der Steuerung gezielt abgelenkt wird. Die Steuerung dient in diesem Fall zugleich als Luftleitmittel, wel­ ches im Brennluftstrom Drall erzeugt und zu einer zusätzlichen Verwirbelung des Brennluftstromes führt, bevor dieser zur Brennkammer gelangt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizgerätes anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Heizgerätes mit einer Baueinheit aus Elektromotor und Pumpe.

Fig. 1 zeigt ein Heizgerät 10 mit einem Zerstäubungsbrenner 12, von dem nur eine Zerstäubungsdüse 14 dargestellt ist. Weitere nicht dargestellte Bauteile des Zerstäubungsbrenners 12 umgeben die Zerstäubungsdüse 14 an der rechten Seite der Fig. 1.

Der Zerstäubungsdüse 14 wird im Betrieb des Zerstäubungsbrenners 12 von ei­ ner Pumpe 16 flüssiger Brennstoff aus einem nicht dargestellten Tank zugeführt. Die Pumpe 16 wird dabei von einem Elektromotor 18 angetrieben. Der Elektro­ motor 18 treibt auch ein Flügelrad 20, welches dem Zerstäubungsbrenner 12 Brennluft zuführt.

Um eine besonders kompakte Anordnung zu bilden, ist zunächst das Flügelrad 20 einstückig mit einem Läufer des Elektromotors 18 in Gestalt eines Außenläu­ fers 22 ausgebildet. Der Außenläufer 22 ist im wesentlichen becherförmig ge­ staltet und weist eine verhältnismäßig große radiale Ausdehnung auf. An ihm ist das Flügelrad 22 in einem radial besonders großen Bereich abgestützt und kann daher verhältnismäßig filigran gestaltet sein.

Der Außenläufer 22 ist an einer Welle 24 drehfest angebracht, welche sich als gemeinsame Welle von Elektromotor 18 und Pumpe 16 längs einer Achse A in ein Gehäuse 26 erstreckt. Dieses Gehäuse 26 bildet das zentrale Stützelement einer Baueinheit aus Elektromotor 18 und Pumpe 16.

In dem Gehäuse 26 sind zwei Lager 28 und 30 abgestützt, die mittels Sperrringen 32 und 34 in einer Bohrung 36 axial festgelegt sind. Die Bohrung 36 bildet den Hohlraum eines hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 38 des Gehäuses 26, wel­ cher als Ständer dem Elektromotor 18 zugeordnet und von einer Ständerwicklung 40 umgeben ist. Die Ständerwicklung 40 wird vom becherförmigen Außenläufer 22 umschlossen und bildet mit diesem zusammen die elektromagnetische Paa­ rung des Elektromotors 18.

An den hohlzylindrischen Gehäuseabschnitt 38 schließt bezogen auf Fig. 1 an der rechten Seite ein im wesentlichen vollzylindrischer Gehäuseabschnitt 42 an. Dieser bildet einen Stator der Pumpe 16, in dem ein Pumpenrotor 44 angeordnet ist. Der Pumpenrotor 44 befindet sich am Grund der Bohrung 36 und ist an der gemeinsamen Welle 24 drehfest angebracht bzw. abgestützt. Er bildet einen Teil einer Zahnradgruppe 46, die als Zahnradpumpe zum Fördern des flüssigen Brennstoffs wirkt.

Der Pumpenrotor 44 saugt Brennstoff aus einem Kanal 48 an, der im vollzylindri­ schen Gehäuseabschnitt 42 ausgebildet ist, und fördert ihn in einen ebenfalls dort ausgebildeten Kanal 50. Dieser Kanal 50 führt zu einem außen am Gehäuseab­ schnitt 42 angebrachten Regelventil 52. Vom Kanal 50 zweigt ein Kanal 54 ab, der zur Zerstäubungsdüse 14 führt. Das Regelventil 52 begrenzt den Druck im Kanal 50, derart, dass der Zerstäubungsdüse 14 Brennstoff mit einem im wesent­ lichen konstanten Druck zugeführt wird.

Eine Brennstoffzuleitung 56 führt unmittelbar zum vollzylindrischen Gehäuseab­ schnitt 42 hin und ist mit diesem über einen Anschlussflansch 58 gekoppelt. Die Brennstoffleitung 56 wird über einen Leitungsanschluss 60 mit einer externen, nicht dargestellten Brennstoffzuführung verbunden.

Zum Abdichten der Pumpe 16 ist an der Welle 24 zwischen den beiden Lagern 28 und 30 ein einziges, sich im wesentlichen radial erstreckendes, scheibenför­ miges Dichtelement 62 angeordnet.

Der vollzylindrische Gehäuseabschnitt 42 des gemeinsamen Gehäuses 26 ist mit einem Zentrierbund 64 versehen, mittels dem es in eine Trennwand 66 des Heiz­ gerätes 10 eingesetzt ist. Die Trennwand 66 ist über ein Heizgerätegehäuse 68 mit der weiter nicht dargestellten Außenhaut des Heizgerätes 10 verbunden. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist der Gehäuseabschnitt 42 direkt in die Trennwand 66 übergeführt. Hierbei kann die Brennstoffzuleitung bzw. Brenn­ stoffübergabe 56 in den Bereich des Bezugszeichens 60 verschoben sein. Ferner kann das Heizgerätegehäuse 68 auch mit dem Gehäuseabschnitt 42 einstückig verbunden sein.

An das Heizgerätegehäuse 68 schließt an der bezogen auf Fig. 1 linken Seite ein Gehäusedeckel 70 mit einer zentralen Öffnung 72 an. Innerhalb des Gehäuse­ deckels 70 befinden sich also das Flügelrad 20 und der antreibende Elektromotor 18.

Als gemeinsame Steuerung für den Elektromotor 18 und das Regelventil 52 ist eine Steuerung 74 vorgesehen, welche in Gestalt einer Platine 76 mit darauf an­ geordneten Bauelementen 78 ausgebildet ist. Die Platine 76 ist in einer radialen Richtung ausgerichtet und erstreckt sich ausgehend vom hohlzylindrischen Ge­ häuseabschnitt 38 im wesentlichen bis an die Innenseite des Heizgerätegehäu­ ses 68. Die Platine 76 ist von nicht dargestellten Strömungsöffnungen durchsetzt, durch welche die vom Flügelrad 20 geförderte Brennluft zum Zerstäubungsbren­ ner 12 strömen kann.

Die Bauelemente 78 sind auf der Platine 76 derart angeordnet, dass dem Brenn­ luftstrom beim Durchströmen durch die Platine 76 ein Drall verliehen und in die­ sem Turbulenzen erzeugt werden.

Am radial äußeren Rand der Platine 76 ist ein Steueranschluss 80 angeordnet, der das Heizgerätegehäuse 68 durchsetzt und von außen kontaktiert werden kann. Die Platine 76 bildet mit ihrem Steueranschluss 80 eine Einheit, die einfach montiert werden kann und einen funktionssicheren und kostengünstig herzustel­ lenden Anschluss an die Steuerung 74 von Elektromotor 18 und Regelventil 52 bietet.

Die Bauelemente 78 an der Platine 76 sind insgesamt mit einem Schutzüberzug 82 in Gestalt einer Schutzfolie überzogen. Die Schutzfolie verhindert insbesonde­ re, dass bei extremen Einsatzbedingungen Schmutz und Wasser aus der geför­ derten Brennluft in die Bauelemente eindringen und dort Korrosion verursachen kann.

Bei der gewählten Anordnung sind insbesondere die Bauteile 14, 20, 22, 24, 38, 42, 44, 64, 66, 70 und 76 achssymmetrisch zur Achse A angeordnet. Die Bauteile 42, 44 und 46 können sowohl achssymmetrisch als auch unsymmetrisch ange­ ordnet sein. Die Bauteile 66, 70 und/oder 76 sind an ihre jeweils äußeren Rän­ dern der Außenkontur des Heizgerätes angepasst.

Die gestaltete Baueinheit aus Flügelrad 20, Elektromotor 18 und Pumpe 16 ist besonders kompakt gestaltet. Sie ist insgesamt trotz eines geringen Gewichtes sehr stabil ausgebildet und weist eine besonders gute Laufkultur mit einer gerin­ gen Neigung zum Anregen von Geräusch und Erschütterung auf.

Bezugszeichenliste

10

Heizgerät

12

Zerstäubungsbrenner

14

Zerstäubungsdüse

16

Pumpe

18

Elektromotor

20

Flügelrad

22

Außenläufer

24

gemeinsame Welle

26

gemeinsames Gehäuse

28

Lager

30

Lager

32

Sperrring

34

Sperrring

36

Bohrung

38

hohlzylindrischer Gehäuseabschnitt bzw. Ständer des Elektromotors

40

Ständerwicklung

42

vollzylindrischer Gehäuseabschnitt bzw. Stator der Pumpe

44

Pumpenrotor

46

Zahnradpumpe

48

Kanal

50

Kanal

52

Regelventil

54

Kanal

56

Brennstoffleitung

58

Anschlussflansch

60

Leitungsanschluss

62

Dichtelement

64

Zentrierbund

66

Trennwand

68

Heizgerätegehäuse

70

Gehäusedeckel

72

Öffnung

74

Steuerung

76

Platine

78

Bauelement

80

Steueranschluss

82

Schutzüberzug

Claims (9)

1. Heizgerät (10) für mobile Anwendungen, mit einem Zerstäubungsbrenner (12), bei dem an einer Zerstäubungsdüse (14) flüssiger Brennstoff mit ei­ nem Rotor (44) einer Pumpe (16) zugeführt werden kann, der von einem Läufer (22) eines Elektromotors (18) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer des Elektromotors (18) als Au­ ßenläufer (22) gestaltet ist.

2. Heizgerät nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenläufer (22) ein Flügelrad (20) an­ gebracht oder mit diesem einstückig ausgebildet ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (18) mit der Pumpe (16) eine Baueinheit bildet, die eine drehbar gelagerte Welle (24) aufweist, mit­ tels derer sowohl der Läufer (22) als auch der Rotor (44) abgestützt sind.

4. Heizgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit ein Gehäuse (26) aufweist, das sowohl teilweise einen Ständer (40) des Elektromotors (18) als auch teilweise einen Stator (42) der Pumpe (16) bildet.

5. Heizgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit ein Gehäuse aufweist, das teilweise eine Trennwand des Heizgerätes bildet.

6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (74) für den Elektromotor (18) und/oder die Pumpe (16) vorgesehen ist, die eine Platine (76) auf­ weist, welche sich im wesentlichen radial zur Welle (24) erstreckt.

7. Heizgerät Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (76) und darauf angeordnete Bauelemente (78) mit einer Schutzhaube, insbesondere mit einem Schutz­ überzug (82), versehen sind.

8. Heizgerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (76) bzw. die darauf angeord­ neten Bauelemente (78) derart angeordnet sind, dass ein vom Elektromo­ tor (18) mit Hilfe eines Flügelrades (20) geförderter Luftstrom an der Plati­ ne (76) gezielt abgelenkt wird.

9. Fahrzeug mit einem Heizgerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.