DE102004033618A1

DE102004033618A1 - Fahrzeugheizgerät und Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugheizgerätes

Info

Publication number: DE102004033618A1
Application number: DE200410033618
Authority: DE
Inventors: Steffen Weber; Edgar Miesterfeldt
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: DE102004033618B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugheizgerät (10) mit einer Brennkammer (12), einem Brennrohr (14), einem Brennerflansch (16) und Schweißnähten (18, 20) zur Verbindung der Bauteile (12, 14, 16), wobei der Brennerflansch (16) mit der Brennkammer (12) über eine Schweißnaht (20) verbunden ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Brennrohr (14) mit der Brennkammer (12) über eine Schweißnaht (20) verbunden ist und dass die Brennerflansch (16) und Brennkammer (12) verbindende Schweißnaht (20) radial weiter außen angeordnet ist als die Brennrohr (14) und Brennkammer (12) verbindende Schweißnaht (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugheizgerät mit einer Brennkammer, einem Brennrohr, einem Brennerflansch und Schweißnähten zur Verbindung der Bauteile, wobei der Brennerflansch mit der Brennkammer über eine Schweißnaht verbunden ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugheizgerät mit einer Brennkammer, einem Brennrohr, einem Brennerflansch und Schweißnähten zur Verbindung der Bauteile, wobei der Brennerflansch mit der Brennkammer über eine Schweißnaht verbunden wird.
Fahrzeugheizgeräte gewinnen als Standheizungen und/oder Zusatzheizgeräten zunehmend an Bedeutung. Dabei unterscheidet man einerseits grundsätzlich zwischen mit elektrischer Energie betriebenen Heizgeräten und brennstoffbetriebenen Heizgeräten und andererseits zwischen Heizgeräten die Luft oder Wasser als Wärmeträgermedium verwenden.
Die vorliegende Erfindung betrifft brennstoffbetriebene Heizgeräte, das heißt solche, in denen Benzin oder Diesel verbrannt wird und die bei der Verbrennung entstehende Wärmeenergie an einen Wärmeträger übertragen wird.

Die DE 195 46 131 C1 betrifft ein solches brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät. Die baulichen Hauptkomponenten sind eine Brennkammer, in der die Gemischbildung und die Entzündung des Gemischen erfolgen, ein Brennrohr, in das sich die Flamme ausbreitet und über welches der Hauptteil der Wärmeenergie auf das Wärmeträgermedium übertragen wird, und ein Brennerflansch, an dem sowohl das Brennrohr als auch die Brennkammer befestigt sind. Bei dieser Befestigungsart ist insbesondere die topfartig ausgebildete Brennkammer innerhalb des ebenfalls topfartig ausgebildeten Brennerflansches angeordnet, wobei die Bodenbereiche der topfartigen Elemente Öffnungen mit im Wesentlichen gleichen Durchmessern aufweisen. Der Brennerflanschboden ist auf seiner Innenseite mit der Außenseite des Brennkammerbodens in der Nähe der Öffnung durch eine Schweißnaht verbunden. Das Brennrohr ist an der Außenseite des Brennerflansches mittels einer Schweißnaht befestigt.

Ein in dieser Weise aufgebauter Brenner ist zur weiteren Verdeutlichung in den 3 und 4 dargestellt. Eine Brennkammer 112 ist mit der Außenseite ihres Bodenbereiches über eine Schweißnaht 150 mit der Innenseite eines Bodenbereiches eines Brennerflansches 116 verbunden. Beide Bodenbereiche haben Öffnungen 152, 154 mit im Wesentlichen identischen Radien. Mit der Außenseite des Brennerflansches 116 ist über eine Schweißnaht 156 ein Brennrohr 114 verbunden. Innerhalb der Brennkammer 112 ist eine Prallscheibe 138 angeordnet.

Die Luftzuführung in den Brenner gemäß 3 erfolgt in drei Stufen. Primärluft 140 strömt zentral in axialer Richtung in die Brennkammer ein, beispielsweise durch eine (nicht dargestellte) Venturi-Düse. Die Primärluft 140 dient in erster Linie dem Zerstäuben des ebenfalls durch die Venturi-Düse zuströmenden Brennstoffs. Sekundärluft 142 strömt ebenfalls in im Wesentlichen axialer Richtung jedoch weiter radial außen als die Primärluft 140 in die Brennkammer 112 ein. Diese Sekundärluft stellt einen wesentlichen Teil des für die Verbrennung benötigten Sauerstoffs zur Verfügung. Weiterhin strömt Tertiärluft 144 in im Wesentlichen radialer Richtung in die Brennkammer 112 ein, nachdem sie den Zwischenraum zwischen Brennkammer 112 und Brennerflansch 116 durchströmt hat. Die Tertiärluft 144 dient im Wesentlichen der Kühlung der Prallscheibe 138 (siehe hierzu DE 102 214 95 B4 ).

Probleme treten auf, wenn die Schweißnaht 150 zwischen Brennkammer 112 und Brennerflansch 116 beschädigt wird. Eine solche Beschädigung kann aufgrund der hohen thermischen und mechanischen Belastung der Schweißnaht 150 in diesem Bereich erfolgen. Die thermische Belastung resultiert in erster Linie aus dem Hindurchströmen der Rauchgase, was durch die hohe lokale Strömungsgeschwindigkeit und den hierdurch bedingten guten Wärmeübergang noch begünstigt wird. Die mechanische Belastung wird in erster Linie durch die lokalen Temperaturunterschiede im Bereich der Schweißnaht 150 bedingt, die insbesondere beim Aufheizen und Abkühlen des durch die Bodenbereiche von Brennkammer 112 und Brennerflansch 116 gebildeten Einschnürrings auftreten. Wird nun die Schweißnaht 150 aufgrund dieser Belastungen beschädigt, so beeinflusst dies die Aufteilung der in die Brennkammer 112 einströmenden Luft. Insbesondere erhöht sich die Menge an Tertiärluft 144. Aufgrund dieser Umverteilung arbeitet der Brenner nicht optimal, insbesondere im Hinblick auf die Rußemission, die Abgastemperatur und den Abgasgegendruck. Letztlich kann dies den Totalausfall des Brenners zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Brenner dahingehend weiterzubilden, dass die mit der Umverteilung der in die Brennkammer eintretenden Luftströme einhergehenden Probleme vermieden werden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Brenner dadurch auf, dass das Brennrohr mit der Brennkammer über eine Schweißnaht verbunden ist und dass die Brennerflansch und Brennkammer verbindende Schweißnaht radial weiter außen angeordnet ist als die Brennrohr und Brennkammer verbindende Schweißnaht. Anders als im Stand der Technik, wo das Brennrohr mit dem Brennerflansch über eine Schweißnaht verbunden ist, ist nun das Brennrohr direkt mit der Brennkammer über eine Schweißnaht verbunden. Dadurch, dass die im Hinblick auf die Verteilung der Luftströme kritische Schweißnaht, nämlich die Schweißnaht zwischen Brennerflansch und Brennkammer, radial weiter außen angeordnet ist als die Schweißnaht zwischen Brennrohr und Brennkammer, sinkt die Wärmebelastung dieser kritischen Schweißnaht. Sollte es zu einer Beschädigung der weiter innen liegenden Schweißnaht zwischen Brennrohr und Brennkammer kommen, so hätte dies keinen Einfluss auf die Verteilung der in die Brennkammer eintretenden Luftströme.

Die Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass Brennkammer und Brennrohr im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind und jeweils einen sich in im Wesentlichen radiale Richtung erstreckenden Bodenbereich mit jeweils einer Öffnung aufweisen, dass die Öffnungen im Wesentlichen denselben Radius aufweisen, dass die Außenseiten der Bodenbereiche von Brennrohr und Brennkammer einander zugewandt sind und sich die Öffnungen im Wesentlichen überdecken und dass die Brennrohr und Brennkammer verbindende Schweißnaht den Rändern der Öffnungen benachbart ist. Es steht somit ein Einschnürring im Übergangsbereich zwischen Brennkammer und Brennrohr zur Verfügung, der in ver gleichbarer Weise ausgebildet ist, wie der Einschnürring beim Brenner des Standes der Technik. Es liegen folglich keine wesentlichen Änderungen im Hinblick auf die innere Geometrie des Brenners vor, so dass hierdurch auch die Betriebsweise des Brenners nicht wesentlich beeinflusst wird. Allerdings wird der Einschnürring nicht mehr durch Brennerflansch und Brennkammer gebildet, sondern durch Brennkammer und Brennrohr, so dass die Verbindung zwischen Brennerflansch und Brennkammer nicht durch die hohen thermischen und mechanischen Belastungen im Bereich des Einschnürrings beschädigt werden kann.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Brennerflansch im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und einen sich in im Wesentlichen radiale Richtung erstreckenden Bodenbereich mit einer Öffnung aufweist, dass die Öffnung einen größeren Radius als die Öffnungen von Brennkammer und Brennrohr aufweist, dass die Außenseite des Bodenbereichs der Brennkammer und die Innenseite des Bodenbereichs des Brennerflansches einander zugewandt sind und dass die Brennkammer und Brennerflansch verbindende Schweißnaht dem Übergang zwischen Bodenbereich und sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckender Wand der Brennkammer sowie dem Rand der Öffnung im Bodenbereich des Brennerflansches benachbart ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Schweißnaht zwischen Brennerflansch und Brennkammer in unmittelbarer Nähe des Biegeradius zwischen dem Mantel und dem Boden der Brennkammer angeordnet ist. Hierdurch ist die mechanische Stabilität sehr hoch. Selbst bei großen Temperaturdifferenzen im Bereich des Einschnürrings verwirft sich der Boden der Brennkammer in dem Bereich des Biegeradius nur sehr wenig. Insbesondere wird also keine Beschädigung der Schweißnaht zwischen Brennerflansch und Brennkammer aufgrund mechanischer Belastungen bewirkt.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass das Brennrohr mit der Brennkammer über eine Schweißnaht verbunden wird und dass die Brennerflansch und Brennkammer verbindende Schweißnaht radial weiter außen angeordnet ist als die Brennrohr und Brennkammer verbindende Schweißnaht. Hierdurch werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Fahrzeugheizgerätes auch im Rahmen eines Verfahrens realisiert. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich insbesondere unter Berücksichtigung der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrzeugheizgerätes.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine geeignete Anordnung der Schweißverbindungen zwischen Brennkammer, Brennrohr und Brennerflansch und eine dies begünstigende Ausgestaltung der Komponenten jegliche Probleme im Hinblick auf eine Umordnung der in die Brennkammer einströmenden Luft vermieden werden können.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert:
Dabei zeigt:
1 eine Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Fahrzeugheizgerätes;
2 eine Einzelheit I aus 1;
3 eine Schnittansicht eines Teils eines Fahrzeugheizgerätes des Standes der Technik und
4 eine Einzelheit II aus 3.
1 zeigt eine Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Fahrzeugheizgerätes und 2 zeigt eine Einzelheit I aus 1. Das Fahrzeugheizgerät 10 umfasst eine Brennkammer 12, ein Brennrohr 14 und einen Brennerflansch 16 als wesentliche Komponenten. Innerhalb der Brennkammer 12 ist eine Prallscheibe 38 angeordnet. Weiterhin ist eine die Brennkammer 12 abschließende Begrenzungseinrichtung 46 mit einer Aufnahme für beispielsweise eine Venturi-Düse zum Zuführen von Brennstoff und Primärluft 40 vorgesehen. Die Begrenzungseinrichtung 46 lässt weiterhin den Eintritt von Sekundärluft 42 zu. Die sich in axialer Richtung erstreckende Wandung 36 der Brennkammer 12 erlaubt den Eintritt von Tertiärluft. Die Sekundärluft 42 stellt einen wesentlichen Teil des für die Verbrennung benötigten Sauerstoffs zur Verfügung, während die Tertiärluft 44 im Wesentlichen zur Kühlung der Prallscheibe 38 dient. Die Brennkammer hat einen sich in radialer Richtung erstreckenden Bodenbereich 22 mit einer Öffnung 26. Ebenso hat das Brennrohr 14 einen sich in radialer Richtung erstreckenden Bodenbereich 24 mit einer Öffnung 28. Die Öffnungen 26 und 28 haben den gleichen Radius. Benachbart zu den Öffnungen 26, 28 ist eine Schweißnaht 20 vorgesehen, die die Brennkammer 12 mit dem Brennrohr 14 verbindet. Der Brenner flansch 16 hat ebenfalls einen mit einer Öffnung 32 versehenen sich in radialer Richtung erstreckenden Bodenbereich 30. Dieser Bodenbereich 30 ist über eine Schweißnaht 18 mit dem Bodenbereich 22 der Brennkammer 12 im Bereich eines Übergangs 34 zwischen dem Boden 22 und der Wandung 36 der Brennkammer 12 verbunden.
Diese Anordnung der Schweißnähte hat insbesondere den Vorteil, dass die Schweißnaht 18 zwischen Brennerflansch 16 und Brennkammer 12 keinen zu hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist. Eine Beschädigung der Schweißnaht 18 durch thermische und hierdurch verursachte mechanische Belastungen wird daher vermieden. Durch die Anordnung der Schweißnaht 18 in der Nähe des Übergangs 34 zwischen Boden 22 und Wandung 36 der Brennkammer 12 ist die Verbindung weiterhin in einem besonders stabilen Bereich der Brennkammer 12 angeordnet. Dies hat zur Folge, dass eine Erwärmung im Bereich der Schweißnaht 18 zu nur geringen mechanischen Belastungen führt. Da eine eventuelle Beschädigung der Schweißnaht 20 zwischen Brennrohr 14 und Brennkammer 12 keinen Einfluss auf die Verteilung der in die Brennkammer 12 eintretenden Luftströme 40, 42, 44 hat und die Schweißnaht 20 zwischen Brennerflansch 30 und Brennkammer 12 durch die thermischen Verhältnisse nicht beschädigt wird, werden Veränderungen der Luftverteilung vermieden. Folglich kommt es auch nicht mehr zu den Nachteilen durch erhöhte Rußemissionen, steigende Abgastemperatur und steigenden Abgasgegendruck und somit auch nicht mehr zu einem hierdurch bewirkten Totalausfall des Brenners.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

10: Fahrzeugheizgerät
12: Brennkammer
14: Brennrohr
16: Brennerflansch
18: Schweißnaht
20: Schweißnaht
22: Bodenbereich
24: Bodenbereich
26: Öffnung
28: Öffnung
30: Bodenbereich
32: Öffnung
34: Übergang
36: Wandung
38: Prallscheibe
40: Primärluft
42: Sekundärluft
44: Tertiärluft
46: Begrenzungseinrichtung

Claims

Fahrzeugheizgerät (10) mit einer Brennkammer (12), einem Brennrohr (14), einem Brennerflansch (16) und Schweißnähten (18, 20) zur Verbindung der Bauteile (12, 14, 16), wobei der Brennerflansch (16) mit der Brennkammer (12) über eine Schweißnaht (18) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, – dass das Brennrohr (14) mit der Brennkammer (12) über eine Schweißnaht (20) verbunden ist und – dass die Brennerflansch (16) und Brennkammer (12) verbindende Schweißnaht (18) radial weiter außen angeordnet ist als die Brennrohr (14) und Brennkammer (12) verbindende Schweißnaht (20).
Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass Brennkammer (12) und Brennrohr (14) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind und jeweils einen sich in im Wesentlichen radiale Richtung erstreckenden Bodenbereich (22, 24) mit jeweils einer Öffnung (26, 28) aufweisen, – dass die Öffnungen (26, 28) im Wesentlichen denselben Radius aufweisen, – dass die Außenseiten der Bodenbereiche von Brennrohr (14) und Brennkammer (12) einander zugewandt sind und sich die Öffnungen (26, 28) im Wesentlichen überdecken und – dass die Brennrohr (14) und Brennkammer (12) verbindende Schweißnaht (20) den Rändern der Öffnungen (26, 28) benachbart ist.
Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass der Brennerflansch (16) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und einen sich in im Wesentlichen radiale Richtung erstreckenden Bodenbereich (30) mit einer Öffnung (32) aufweist, – dass die Öffnung (32) einen größeren Radius als die Öffnungen (26, 28) von Brennkammer (12) und Brennrohr (14) aufweist, – dass die Außenseite des Bodenbereichs (22) der Brennkammer (12) und die Innenseite des Bodenbereichs (30) des Brennerflansches (16) einander zugewandt sind und – dass die Brennkammer (12) und Brennerflansch (16) verbindende Schweißnaht (18) dem Übergang (34) zwischen Bodenbereich (22) und sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckender Wand (36) der Brennkammer (12) sowie dem Rand der Öffnung (32) im Bodenbereich (30) des Brennerflansches (16) benachbart ist.
Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugheizgeräts (10) mit einer Brennkammer (12), einem Brennrohr (14), einem Brennerflansch (16) und Schweißnähten (18, 20) zur Verbindung der Bauteile (12, 14, 16), wobei der Brennerflansch (16) mit der Brennkammer (12) über eine Schweißnaht (20) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, – dass das Brennrohr (14) mit der Brennkammer (12) über eine Schweißnaht (20) verbunden wird und – dass die Brennerflansch (16) und Brennkammer (12) verbindende Schweißnaht (20) radial weiter außen angeordnet ist als die Brennrohr (14) und Brennkammer (12) verbindende Schweißnaht (20).