DE102009003363A1

DE102009003363A1 - Heizgerät-Faserverdampfer

Info

Publication number: DE102009003363A1
Application number: DE200910003363
Authority: DE
Inventors: Martin Zoske
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: DE102009003363B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizgerät-Faserverdampfer (30') für ein mobiles Heizgerät, der zumindest teilweise durch eine Metallfaserstruktur gebildet wird, wobei Fasern der Metallfaserstruktur des Heizgerät-Faserverdampfers (30') miteinander verschweißt sind. Dabei können über die gesamte Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers (30') oder auch nur über Abschnitte derselben Fasern der Metallfaserstruktur miteinander verschweißt sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizgerät-Faserverdampfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Heizgerät-Faserverdampfers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
In mobilen Heizgeräten, insbesondere in Standheizern und/oder Zuheizern für Fahrzeuge, wie beispielsweise für motorbetriebene Landfahrzeuge, werden unter anderem Verdampfer zum Verdampfen von flüssigem Brennstoff eingesetzt. Solche Verdampfer weisen dabei in der Regel eine durchströmbare Struktur auf, die gleichzeitig eine große Oberfläche bildet, so dass eine effektive Verdampfung erzielbar ist. Häufig werden als Verdampfer Metallfaserstrukturen eingesetzt (auch als Metallfaservlies bezeichnet), da Metallfasern relativ gut für die hohen, im Bereich des Verdampfers herrschenden Temperaturen geeignet sind. Je nach Einsatzzweck können die Metallfaserstrukturen beispielsweise Metallfasern in regelloser Anordnung aufweisen, ferner können unterschiedliche Faserstrukturen und/oder Fasergeometrien verwendet werden. Bei der Herstellung von Verdampfern werden die Metallfasern in der Regel zusammengepresst und gegebenenfalls gesintert.
Im Einsatz wird dem Verdampfer flüssiger Brennstoff zugeführt. Die Kapillarwirkung des Verdampfers sorgt für eine gute Durchdringung des Verdampfers mit Brennstoff. Die zum Verdampfen von Brennstoff benötigte Wärme wird beim Starten des Heizgerätes durch einen Glühstift bereitgestellt. Der aus dem Verdampfer austretende, gasförmige Brennstoff wird anschließend in einer Brennkammer, die in der Regel angrenzend an den Verdampfer angeordnet ist, zusammen mit zugeführter Brennluft unter Erzeugung von Wärme verbrannt. Nach einer Startphase kann der Glühstift abgeschaltet werden und die zum Verdampfen erforderliche Wärme wird durch den Verbrennungsvorgang von Brennstoff mit Brennluft in der Brennkammer bereitgestellt.
Da bei den Heizgeräten der oberhalb beschriebenen Art die Verbrennung in unmittelbarer Nähe zu dem Verdampfer abläuft, ist der Verdampfer hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Bei einem Verdampfer, der eine Metallfaserstruktur aufweist, führen diese hohen thermischen Belastungen teilweise über die Einsatzzeit zu Formveränderungen des Verdampfers, zum Ablösen einzelner oder mehrerer Metallfasern oder zu einer verminderten Festigkeit des gesamten Faserverbundes. Dadurch wird die Lebensdauer des Verdampfers eingeschränkt.
Dementsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Heizgerät-Faserverdampfer für ein mobiles Heizgerät bereitzustellen, der über lange Einsatzzeiten einsetzbar ist und der wenig empfindlich gegenüber den hohen, im Bereich des Verdampfers herrschenden Temperaturen ist.
Die Aufgabe wird durch einen Heizgerät-Faserverdampfer für ein mobiles Heizgerät gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Heizgerät-Faserverdampfers für ein mobiles Heizgerät gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Heizgerät-Faserverdampfer für ein mobiles Heizgerät, der zumindest teilweise durch eine Metallfaserstruktur gebildet wird, bereitgestellt, wobei Fasern der Metallfaserstruktur des Heizgerät-Faserverdampfers miteinander verschweißt sind.
Durch die, durch das Verschweißen von Fasern der Metallfaserstruktur bedingte, verbesserte Verbindung der Fasern untereinander wird eine erhöhte Widerstandskraft des Heizgerät-Faserverdampfers gegenüber thermischen und auch mechanischen Belastungen erzielt. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäß ausgebildeten Heizgerät-Faserverdampfer im Betrieb weniger dazu neigen, dass sich einzelne oder mehrere Fasern lokal oder über die gesamte Verdampferfläche voneinander lösen, was auch als „Aufgehen des Verdampfers” bezeichnet wird. Ferner zeigen die erfindungsgemäßen Heizgerät-Faserverdampfer im Einsatz eine geringere Durchwölbung. Eine Durchwölbung bedeutet dabei bei scheibenförmigen Heizgerät-Faserverdampfern, dass sich die gesamte Verdampferscheibe konvex nach innen oder außen durchwölbt. Gegenüber dem oberhalb erläuterten ausschließlichen Sintern der Metallfaserstruktur hat die Vorsehung von Schweißverbindungen zwischen Fasern der Metallfaserstruktur den Vorteil, dass solche Schweißverbindungen stabiler und auch nur lokal an gewünschten Stellen oder Abschnitten ausgebildet werden können. Das Verschweißen von Fasern der Metallfaserstruktur lässt sich auf einfache Weise in den Herstellungsprozess von Heizgerät-Faserverdampfern integrieren.
Die Schweißverbindungen der Fasern sollten dabei zum Einen stabil genug ausgebildet sein, um eine ausreichende Stabilität des Heizgerät-Faserverdampfers zu erzielen, zum anderen sollte der Heizgerät-Faserverdampfer noch eine ausreichende Durchlässigkeit für Brennstoff aufweisen. Je nach Material der Metallfaserstruktur und je nach Schweißverfahren kann ein Fachmann nach diesen Kriterien die bei der Durchführung des Schweißverfahrens relevanten Parameter einstellen. Ferner ist nicht zwingend erforderlich, dass sämtliche Fasern der Metallfaserstruktur jeweils an allen Stellen, an denen sie in Kontakt mit einer oder mehreren Fasern stehen, verschweißt sind. Vielmehr kann auch nur ein Anteil der Fasern miteinander verschweißt sein. Die konkrete Ausbildung der Schweißverbindungen hängt von der Art des Schweißverfahrens, von den jeweils gewählten Schweißparametern sowie davon ab, ob das Schweißverfahren an dem gesamten Heizgerät-Faserverdampfer oder nur an Abschnitten desselben angewendet wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, dass der Heizgerät-Faserverdampfer vollständig durch eine Metallfaserstruktur gebildet wird.
Unter einem „mobilen Heizgerät” wird in diesem Zusammenhang ein Heizgerät verstanden, das für den Einsatz in mobilen Anwendungen ausgelegt und dementsprechend angepasst ist. Dies bedeutet insbesondere, dass es transportabel ist (ggf. in einem Fahrzeug fest eingebaut oder lediglich für den Transport darin untergebracht) und nicht ausschließlich für einen dauerhaften, stationären Einsatz, wie es beispielsweise bei der Beheizung eines Gebäudes der Fall ist, ausgelegt ist. Dabei kann das mobile Heizgerät auch fest in einem Fahrzeug (Landfahrzeug, Schiff, etc.), insbesondere in einem Landfahrzeug, installiert sein. Insbesondere ist es zur Beheizung eines Fahrzeug-Innenraums, wie beispielsweise eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugs, sowie eines teiloffenen Raumes, wie er beispielsweise auf Schiffen, insbesondere Yachten, aufzufinden ist, ausgelegt. Das mobile Heizgerät kann auch vorübergehend stationär eingesetzt werden, wie beispielsweise in großen Zelten, Containern (zum Beispiel Baucontainern), etc.. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das mobile Heizgerät als Stand- oder Zuheizer für ein Landfahrzeug, wie beispielsweise für einen Wohnwagen, ein Wohnmobil, einen Bus, einen Pkw, etc., ausgelegt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind Fasern der Metallfaserstruktur nur an einem einzelnen Abschnitt oder an einzelnen Abschnitten des Heizgerät-Faserverdampfers miteinander verschweißt. Dementsprechend können Schweißverbindungen gezielt an solchen Ab schnitten des Heizgerät-Faserverdampfers vorgesehen werden, an denen eine erhöhte Stabilität der Metallfaserstruktur effektiv eine Verformung des Heizgerät-Faserverdampfers, insbesondere ein Ablösen von Fasern, verhindert. Ferner können an den Abschnitten, an denen Fasern der Metallfaserstruktur verschweißt werden, die einzelnen Fasern stärker verschmolzen werden, da an diesen (lokalen) Abschnitten nicht zwingend eine hohe Durchlässigkeit bzw. gegebenenfalls überhaupt eine Durchlässigkeit für Brennstoff gegeben sein muss. Wie oberhalb erläutert wird, ist auch bei dieser Weiterbildung nicht zwingend erforderlich, dass in den betreffenden Abschnitten, in denen Fasern der Metallfaserstruktur verschweißt sind, sämtliche Fasern der Metallfaserstruktur jeweils an allen Stellen, an denen sie in Kontakt mit einer oder mehreren Fasern stehen, verschweißt sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bildet/bilden der/die Abschnitt(e) mit verschweißten Fasern (eine) Teilfläche(n) bezüglich einer Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers und erstreckt/erstrecken sich jeweils über eine Dicke des Heizgerät-Faserverdampfers. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass eine erhöhte Stabilität über die gesamte Dicke des Heizgerät-Faserverdampfers erzielt wird. Insbesondere wird dadurch verhindert, dass sich einzelne Schichten bzw. Fasern der Metallfaserstruktur in der Richtung senkrecht zu der Gesamterstreckungsfläche lösen und/oder abheben. Die „Gesamterstreckungsfläche” des Heizgerät-Faserverdampfers hängt dabei von der äußeren Form des Heizgerät-Faserverdampfers ab. Häufig ist der Heizgerät-Faserverdampfer scheibenförmig ausgebildet, so dass die Gesamterstreckungsfläche eben ist. Es sind jedoch auch andere Formen möglich, solange gewährleistet wird, dass zugeführter Brennstoff, der in der Regel auf der von der Brennkammer abgewandten Seite des Heizgerät-Faserverdampfers zugeführt wird, zunächst den Heizgerät-Faserverdampfer passieren muss, bevor er die Brennkammer erreicht. Beispielsweise sind auch Heizgerät-Faserverdampfer in der Form eines, zu der Brennkammer hin geschlossenen Zylinders möglich, wobei eine Brennstoff-Zufuhr innerhalb des geschlossenen Zylinders mündet. Allgemein sind auch Formen des Heizgerät-Faserverdampfers möglich, bei denen die Gesamterstreckungsfläche nicht eben, sondern beispielsweise gekrümmt, verläuft.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Abschnitte mit verschweißten Fasern über die Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers verteilt. Durch eine solche Verteilung, insbesondere durch eine gleichmäßige Verteilung, dieser Abschnitte über die Ge samterstreckungsfläche ist eine hohe Stabilität bei gleichzeitig guter Durchlässigkeit des Heizgerät-Faserverdampfers erzielbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind über die gesamte Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers Fasern der Metallfaserstruktur miteinander verschweißt. Auf diese Weise kann eine, über die gesamte Gesamterstreckungsfläche gleichmäßige Stabilität des Heizgerät-Faserverdampfers erzielt werden. Vorzugsweise sind dabei auch über die gesamte Dicke des Heizgerät-Faserverdampfers Fasern der Metallfaserstruktur miteinander verschweißt, so dass verhindert wird, dass sich einzelne Schichten bzw. Fasern der Metallfaserstruktur in der Richtung senkrecht zu der Gesamterstreckungsfläche lösen und/oder abheben. Wie oberhalb erläutert wird, ist auch bei dieser Weiterbildung nicht zwingend erforderlich, dass sämtliche Fasern der Metallfaserstruktur jeweils an allen Stellen, an denen sie in Kontakt mit einer oder mehreren Fasern stehen, verschweißt sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Heizgerät-Faserverdampfer scheibenförmig, insbesondere in Form einer runden Scheibe, ausgebildet. Diese Form eines Heizgerät-Faserverdampfers wird häufig eingesetzt und eignet sich gut für die Anwendung eines Schweißverfahrens, insbesondere eines Widerstandsschweißverfahrens, da der Heizgerät-Faserverdampfer sehr gut von beiden Seiten her zugänglich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Metallfasern der Metallfaserstruktur gepresst und/oder gesintert. Auf diese Weise kann die Festigkeit und Stabilität des Heizgerät-Faserverdampfers weiter erhöht werden. Vorzugsweise erfolgt das Pressen und/oder Sintern bei der Herstellung des Heizgerät-Faserverdampfers vor der Durchführung des Schweißverfahrens. Auf diese Weise wird verhindert, dass durch einen nachgeschalteten Bearbeitungsschritt, wie beispielsweise durch Zusammenpressen, die bei der Durchführung des Schweißverfahrens hergestellten Schweißverbindungen zwischen Fasern der Metallfaserstruktur wieder gelöst werden. Alternativ oder zusätzlich zu einem Pressen im Voraus können die Metallfasern auch während der Durchführung des Schweißverfahrens zusammengepresst werden, um die Ausbildung von Schweißverbindungen zu unterstützen. Dies ist insbesondere bei Anwendung eines Widerstandsschweißverfahrens vorteilhaft. Ferner kann das Pressen und/oder Sintern, je nach Fertigungsprozess, prinzipiell auch nach Durchführung des Schweißverfahrens durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Verdampferbrenner für ein mobiles Heizgerät, der einen Heizgerät-Faserverdampfer gemäß einer der oberhalb erläuterten Varianten zur Verdampfung von zugeführtem, flüssigem Brennstoff, und eine, angrenzend an den Heizgerät-Faserverdampfer angeordnete Brennkammer zur Verbrennung von verdampftem Brennstoff und zugeführter Brennluft aufweist. Verdampfer des oberhalb beschriebenen Typs werden in der Regel in Verdampferbrennern eingesetzt, in denen verdampfter Brennstoff und zugeführte Brennluft in einer Brennkammer eines Brenners in einer flammenden Verbrennung unter Erzeugung von Heizwärme umgesetzt werden. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein mobiles Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeug-Heizgerät, wie beispielsweise einen Standheizer und/oder einen Zuheizer, das/der einen solchen Verdampferbrenner aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Heizgerät-Faserverdampfers für ein mobiles Heizgerät, der zumindest teilweise durch eine Metallfaserstruktur gebildet wird, wobei das Verfahren nachfolgenden Schritt aufweist: Verschweißen von Fasern der Metallfaserstruktur des Heizgerät-Faserverdampfers. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind die oberhalb, in Bezug auf den erfindungsgemäßen Heizgerät-Faserverdampfer erläuterten Vorteile in entsprechender Weise realisierbar. Auch sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die oberhalb, in Bezug auf den erfindungsgemäßen Heizgerät-Faserverdampfer erläuterten Weiterbildungen und Varianten in entsprechender Weise realisierbar, wobei die Merkmale teilweise in entsprechender Weise als Verfahrensschritte realisierbar sind. Auch in umgekehrter Weise sind die nachfolgend erläuterten Weiterbildungen und Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechender Weise bei dem erfindungsgemäßen Heizgerät-Faserverdampfer realisierbar.
Wie oberhalb in Bezug auf den erfindungsgemäßen Heizgerät-Faserverdampfer erläutert wird, sollte das Verschweißen von Fasern derart erfolgen, dass die Schweißverbindungen der Fasern zum Einen stabil genug ausgebildet werden, um eine ausreichende Stabilität des Heizgerät-Faserverdampfers zu erzielen, zum Anderen sollte der Heizgerät-Faserverdampfer noch eine ausreichende Durchlässigkeit für Brennstoff aufweisen. Je nach Material und Struktur der Metallfaserstruktur und je nach Schweißverfahren kann ein Fachmann nach diesen Kriterien die bei der Durchführung des Schweißverfahrens relevanten Parameter einstellen. Ferner ist nicht zwingend erforderlich, dass sämtliche Fasern der Metallfaserstruktur jeweils an allen Stellen, an denen sie in Kontakt mit einer oder mehreren Fasern stehen, verschweißt werden. Vielmehr kann auch nur ein Anteil der Fasern miteinander verschweißt werden. Dies kann beispielsweise durch ein entsprechend kurzes Anwenden des Schweißverfahrens derart erzielt werden, dass die Fasern nicht an allen Kontaktstellen aufgeschmolzen und durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden werden sondern nur ein gewünschter, gleichmäßig verteilter Anteil derselben. Ferner kann das Schweißverfahren zusätzlich oder alternativ auch nur lokal angewendet werden, so dass nur in diesem lokalen Bereich Schweißverbindungen ausgebildet werden. Die konkrete Ausbildung der Schweißverbindungen hängt folglich unter anderem von dem Material und der Struktur der Metallfaserstruktur, der Art des Schweißverfahrens, der jeweils gewählten Schweißparameter sowie davon ab, ob das Schweißverfahren an dem gesamten Heizgerät-Faserverdampfer oder nur an einzelnen Abschnitten desselben angewendet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Verschweißen ohne Zugabe eines Schweißzusatzwerkstoffes durchgeführt. Dies bedeutet, dass die Schweißverbindungen zwischen den einzelnen Fasern ausschließlich durch Aufschmelzen der Fasern und dementsprechend ausschließlich aus dem Material der Fasern gebildet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt das Verschweißen durch ein Widerstandsschweißverfahren (ohne Zugabe eines Schweißzusatzwerkstoffes). Bei einem Widerstandsschweißverfahren werden (mindestens) zwei Schweißelektroden beidseitig an den Heizgerät-Faserverdampfer angebracht und gegebenenfalls mit einem Pressdruck zusammengedrückt. Zwischen den Schweißelektroden wird ein elektrischer Strom geleitet. Dies führt dazu, dass sich insbesondere die Stellen zwischen den beiden Schweißelektroden mit hohem elektrischen Widerstand erwärmen. Dementsprechend werden bei Wahl geeigneter Schweißparameter insbesondere die Fasern in den Bereichen aufgeschmolzen, an denen sie eine oder mehrere Fasern berühren oder sehr nahe zu diesen angeordnet sind. Dies führt zu der Ausbildung von Schweißverbindungen im Bereich solcher Kontaktstellen. Schweißparameter, die sich bei Anwendung eines Widerstandsschweißverfahrens auf die Schweißverbindungen auswirken, sind insbesondere die Geometrie der Schweißelektroden, die Presskraft, die während des Schweißvorganges ausgeübt wird, die Stromstärke des Schweißstromes, die Einwirkzeit des Schweißstromes und das Material und die Struktur der Metallfaserstruktur (insbesondere dessen elektrischer Widerstand und dessen Schmelztemperatur).
Wie oberhalb erläutert wird, zeichnet sich das Widerstandsschweißverfahren durch eine relativ problemlose und einfache Anwendbarkeit zur Erzielung der gewünschten Schweißverbindungen aus. Ferner hat das Widerstandsschweißverfahren den Vorteil, dass durch die Geometrie der Schweißelektroden (insbesondere deren Anlagefläche an den Heizgerät-Faserverdampfer) gleichzeitig auch der Bereich des Heizgerät-Faserverdampfers, in dem Fasern miteinander verschweißt werden, festgelegt werden kann. Je nach Anwendung können folglich entsprechend angepasste Geometrien der Schweißelektroden eingesetzt werden. Daneben können aber auch andere Schweißverfahren, wie beispielsweise ein Laserschweißverfahren oder ein Elektronenstrahlschweißverfahren eingesetzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Heizgerät-Faserverdampfer während des Verschweißens zusammengepresst. Durch das Zusammenpressen werden die einzelnen Fasern in engeren Kontakt gebracht, so dass hierdurch die Ausbildung von Schweißverbindungen zwischen den Fasern unterstützt wird. In der Praxis hat sich gezeigt, dass bereits Drücke im Bereich von 0,3 bis 5 N/mm² (Newton pro Quadratmillimeter) ausreichend sind, wobei die Drücke unter anderem von der eingesetzten Metallfaserstruktur abhängig sind. Das Zusammenpressen muss dabei nicht zwingend während der gesamten Dauer des Schweißvorganges erfolgen. Beispielsweise kann das Zusammenpressen auch erst gegen Ende des Schweißvorganges und/oder mit ansteigendem Druck erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt das Zusammenpressen des Heizgerät-Faserverdampfers während des Verschweißens durch Schweißelektroden, die zum Verschweißen eingesetzt werden. Dadurch wird gewährleistet, dass in dem zu verschweißenden Bereich eine Presskraft ausgeübt wird, ohne dass hierfür ein zusätzliches Bauteil erforderlich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Metallfaserstruktur des Heizgerät-Faserverdampfers vor dem Schritt des Verschweißens gepresst und/oder gesintert. Auf diese Weise kann die Festigkeit und Stabilität des Heizgerät-Faserverdampfers weiter erhöht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Verschweißen von Fasern der Metallfaserstruktur nur an einem einzelnen Abschnitt oder an einzelnen Abschnitten des Heizgerät-Faserverdampfers durchgeführt. Bezüglich der Vorteile und Varianten bei solch einer, auf Abschnitte begrenzten Ausbildung von Schweißverbindungen wird auf die oberhalb erläuterten Vorteile und Varianten verwiesen. Vorzugsweise werden hierzu Schweißelektroden eingesetzt, die bereits eine gewünschte, äußere Form bzw. Geometrie aufweisen, welche den auszubildenden Abschnitten, in denen Fasern verschweißt werden sollen, entspricht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bildet/bilden der/die Abschnitt(e), an dem/denen ein Verschweißen von Fasern der Metallfaserstruktur erfolgt, (eine) Teilfläche(n) bezüglich einer Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers und erstreckt/erstrecken sich jeweils über eine Dicke des Heizgerät-Faserverdampfers. Vorzugsweise sind diese Abschnitte über die Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers verteilt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Verschweißen von Fasern der Metallfaserstruktur über die gesamte Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers durchgeführt. Vorzugsweise werden dabei auch über die gesamte Dicke des Heizgerät-Faserverdampfers Fasern der Metallfaserstruktur miteinander verschweißt.
Auch bezüglich der vorhergehenden, beiden Weiterbildungen wird hinsichtlich der Vorteile und Varianten auf die oberhalb, in Bezug auf den Heizgerät-Faserverdampfer erläuterten Vorteile und Varianten verwiesen.
Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Von den Figuren zeigen:
1: eine schematische Querschnittsansicht eines mobilen Heizgerätes;
2: eine schematische Darstellung der Anwendung eines Schweißverfahrens auf einen Heizgerät-Faserverdampfer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3: eine schematische Draufsicht auf einen Heizgerät-Faserverdampfer, der bei Anwendung des Schweißverfahrens gemäß 2 erhalten wurde;
4: eine schematische Darstellung der Anwendung eines Schweißverfahrens auf einen Heizgerät-Faserverdampfer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5: eine schematische Draufsicht auf einen Heizgerät-Faserverdampfer, der bei Anwendung des Schweißverfahrens gemäß 4 erhalten wurde;
6: eine schematische Darstellung der Anwendung eines Schweißverfahrens auf einen Heizgerät-Faserverdampfer gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
7: eine schematische Draufsicht auf einen Heizgerät-Faserverdampfer, der bei Anwendung des Schweißverfahrens gemäß 6 erhalten wurde.
In 1 ist eine Querschnittsansicht eines mobilen, brennstoffbetriebenen Heizgerätes 2, das einen Standheizer für ein motorbetriebenes Landfahrzeug bildet, dargestellt. Als wesentliche Bauelemente weist das Heizgerät 2 einen Verdampferbrenner 4, ein Brennluftgebläse 6 zur Zuführung von Brennluft an den Verdampferbrenner 4 und einen, den Verdampferbrenner 4 umgebenden Wärmetauscher 8, in dem Wärme von den Verbrennungsgasen auf ein zweites Medium, wie beispielsweise auf eine Flüssigkeit oder auf Luft, übertragen wird, auf.
Der Verdampferbrenner 4 weist mehrere Brenner-Gehäusebauteile auf, die eine Brennkammer 10 begrenzen. Insbesondere weist der Verdampferbrenner 4 als Brenner-Gehäusebauteil eine schalenförmige Verdampferaufnahme 12 auf, in welcher ein kreisrunder, scheibenförmiger Heizgerät-Faserverdampfer 14, der aus einer Metallfaserstruktur gebildet wird, aufgenommen ist. An den Boden 18 der Verdampferaufnahme 12 führt zentral ein Anschluss für eine Brennstoff-Zufuhrleitung 20, über die dem Heizgerät-Faserverdampfer 14 mittels einer (nicht dargestellten) Dosierpumpe flüssiger Brennstoff zuführbar ist. In dem Heizgerät-Faserverdampfer 14 verdampft der Brennstoff und tritt auf der, der Brennkammer 10 zugewandten Seite aus dem Heizgerät-Faserverdampfer 14 aus.
Innerhalb der Verdampferaufnahme 12 ist in der Nähe des Verdampfers 14 ein Glühstift 21 angeordnet, der während einer Startphase des Heizgerätes 2 die zum Verdampfen von Brennstoff benötigte Wärme bereitstellt. Nach der Startphase kann über den Glühstift 21 die Temperatur innerhalb der Brennkammer 10 überwacht werden, so dass der Glühstift 21 dann als Flammwächter dient.
An der schalenförmigen Verdampferaufnahme 12 ist als weiteres Brenner-Gehäusebauteil ein zylindrisches Brennrohr 22 angeschweißt, so dass innerhalb der Verdampferaufnahme 12 und dem Brennrohr 22 eine im Wesentlichen zylindrische Brennkammer 10 gebildet wird. Am (in 1) oberen Ende des Brennrohres 22 weist dieses einen Auslass 24 für die Verbrennungsgase auf, so dass die Verbrennungsgase nach Verlassen der Brennkammer 10 durch den Auslass 24 in den Wärmetauscher 8 eintreten können.
Für die Zuführung von Brennluft, die über das Brennluftgebläse 6 gefördert wird, in die Brennkammer 10 sind entsprechende Brennluft-Zufuhröffnungen 26 in dem Brennrohr 22 sowie in einer umlaufenden Wand 16 der Verdampferaufnahme 12 vorgesehen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 die Anwendung eines Widerstandsschweißverfahrens auf Heizgerät-Faserverdampfer-Rohlinge gemäß verschiedenen Ausführungsformen erläutert. Ferner werden die jeweils bei den verschiedenen Verfahren erhaltenen Heizgerät-Faserverdampfer beschrieben. Die Heizgerät-Faserverdampfer-Rohlinge, die durch eine Metallfaserstruktur gebildet werden und auf die das Widerstandsschweißverfahren angewendet wird, liegen als bereits gepresste, kreisrunde Scheiben vor. Gegebenenfalls können diese Scheiben zusätzlich auch gesintert sein.
Bei der ersten Ausführungsform wird ein Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling 30 zwischen zwei Schweißelektroden 32, 34 eines Widerstandsschweißgerätes 36 eingebracht. Die Schweißelektroden 32, 34 sind dabei zumindest in dem Bereich, in dem der Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling 30 zwischen ihnen aufgenommen ist, eben und parallel ausgebildet, so dass sie beim Zusammenführen derselben beidseitig planar an dem Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling 30 anliegen. Durch die beiden Schweißelektroden 32, 34 wird ein elektrischer Strom geleitet. Gleichzeitig werden die Schweißelektroden 32, 34 mit einer einstellbaren Presskraft zusammengedrückt, wie in 2 schematisch durch die Pfeile dargestellt ist. In dem Bereich zwischen den beiden Schweißelektroden 32, 34 erwärmen sich die Fasern der Metallfaserstruktur, wie oberhalb erläutert wird, insbesondere an den Stellen, an denen sie in Kontakt mit Fasern stehen oder in unmittelbarer Nähe zu solchen Fasern angeordnet sind. Hierdurch werden die Fasern in dem Bereich solcher Kontaktstellen aufgeschmolzen und es entstehen Schweißverbindungen zwischen den einzelnen Fasern. Wie oberhalb erläutert wird, werden die Schweißparameter, insbesondere die Presskraft, die während des Schweißvorganges ausgeübt wird, die Stromstärke des Schweißstromes und die Einwirkzeit des Schweißstromes, in Abhängigkeit von dem Material und der Struktur der Metallfaserstruktur, in Abhängigkeit von der Anlagefläche bzw. Geometrie der Schweißelektroden 32, 34 sowie in Abhängigkeit von einer gewünschten Stärke der Schweißverbindungen gewählt.
In 3 ist eine schematische Draufsicht auf einen, nach Anwendung des Widerstandsschweißverfahrens gemäß 2 erhaltenen Heizgerät-Faserverdampfers 30' dargestellt. Dabei sind jeweils die Bereiche, an denen Fasern der Metallfaserstruktur miteinander verschweißt sind, schraffiert dargestellt. Wie anhand der 3 ersichtlich ist, sind gleichmäßig über die Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers 30' Fasern der Metallfaserstruktur miteinander verschweißt. Ferner sind auch gleichmäßig über die gesamte Dicke des Heizgerät-Faserverdampfers 30' Fasern der Metallfaserstruktur miteinander verschweißt.
Bei der Erläuterung der zweiten und dritten Ausführungsform wird jeweils nur auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform eingegangen. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Geometrie der Schweißelektroden 42, 44 des Widerstandsschweißgerätes 46 derart gewählt, dass diese den Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling 40 nur an Teilflächen bezüglich einer Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfer-Rohlings 40 berühren. Die Schweißelektroden 42, 44 sind dabei spiegelbildlich ausgebildet, so dass sie den Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling 40, wenn er zwischen die Schweißelektroden 42, 44 eingebracht ist, jeweils an einander gegenüberliegenden Teilflächen spiegelbildlich berühren, wie in 4 dargestellt ist. Bei der zweiten Ausführungsform weisen die Schweißelektroden 42, 44 jeweils vier, im Wesentlichen kreisrunde Stifte auf, die im Wesentlichen gleichmäßig über eine, dem Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling 40 entsprechende Fläche verteilt sind. Das Widerstandsschweißverfahren wird in entsprechender Weise, wie es oberhalb unter Bezugnahme auf 2 erläutert ist, durchgeführt.
In 5 ist eine schematische Draufsicht auf einen, nach Anwendung des Widerstandsschweißverfahrens gemäß 4 erhaltenen Heizgerät-Faserverdampfers 40' dargestellt. Dabei sind jeweils die Bereiche, an denen Fasern der Metallfaserstruktur miteinander verschweißt sind, schraffiert dargestellt. Wie anhand der 5 ersichtlich ist, sind Fasern der Metallfaserstruktur jeweils nur an Abschnitten des Heizgerät-Faserverdampfers 40', die den Stiften der Schweißelektroden 42, 44 entsprechen, miteinander verschweißt. Die Abschnitte werden dabei durch vier kreisrunde Teilflächen 48 gebildet, die gleichmäßig über eine Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers 40' verteilt sind und sich jeweils über die Dicke des Heizgerät-Faserverdampfers 40' erstrecken. In den Bereichen außerhalb der kreisrunden Teilflächen 48 wird der Heizgerät-Faserverdampfer 40' durch die gepresste Metallfaserstruktur gebildet, die im Wesentlichen der Struktur des Heizgerät-Faserverdampfer-Rohlings 40 entspricht.
Bei der dritten Ausführungsform ist die Geometrie der Schweißelektroden 52, 54 des Widerstandsschweißgerätes 56 derart gewählt, dass diese den Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling 50 nur an einer Teilfläche bezüglich einer Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfer-Rohlings 50 berühren. Die Schweißelektroden 52, 54 sind dabei wiederum spiegelbildlich ausgebildet, so dass sie den Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling 50, wenn er zwischen die Schweißelektroden 52, 54 eingebracht ist, jeweils an einander gegenüberliegenden Teilflächen spiegelbildlich berühren, wie in 6 dargestellt ist. Bei der zweiten Ausführungsform weisen die Schweißelektroden 52, 54 jeweils eine ringförmige Geometrie auf. Das Widerstandsschweißverfahren wird in entsprechender Weise, wie es oberhalb unter Bezugnahme auf 2 erläutert ist, durchgeführt.
In 7 ist eine schematische Draufsicht auf einen, nach Anwendung des Widerstandsschweißverfahrens gemäß 6 erhaltenen Heizgerät-Faserverdampfers 50' dargestellt. Dabei sind jeweils die Bereiche, an denen Fasern der Metallfaserstruktur miteinander verschweißt sind, schraffiert dargestellt. Wie anhand der 7 ersichtlich ist, sind Fasern der Metallfaserstruktur jeweils nur an einem Abschnitt des Heizgerät-Faserverdampfers 50', welche der Ringform der Schweißelektroden 52, 54 entspricht, miteinander verschweißt. Der Abschnitt wird dabei durch eine ringförmige Teilfläche 58, die konzentrisch zu der Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers 50' angeordnet ist, gebildet. Der Abschnitt mit verschweißten Fasern erstreckt sich ferner über die Dicke des Heizgerät-Faserverdampfers 50'. In den Bereichen neben der ringförmigen Teilfläche 58 wird der Heizgerät-Faserverdampfer 50' durch die gepresste Metallfaserstruktur gebildet, die im Wesentlichen der Struktur des Heizgerät-Faserverdampfer-Rohlings 50 entspricht.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die, unter Bezugnahme auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann die Anwendung von Pressdruck wäh rend der Durchführung des Schweißverfahrens davon abhängen, ob der Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling bereits im Voraus gepresst und/oder gesintert wurde. Auch die Stärke des Pressdruckes kann in Abhängigkeit davon variieren, ob und wie stark der Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling bereits im Voraus gepresst wurde.
Bei den Ausführungsbeispielen sind die Schweißelektroden zumindest in dem Bereich, in dem der Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling zwischen ihnen aufgenommen ist, eben und parallel ausgebildet, so dass sie beim Zusammenführen derselben beidseitig planar an dem Heizgerät-Faserverdampfer-Rohling anliegen. Solch eine ebene und parallele Ausbildung der Schweißelektroden ist aber nicht zwingend erforderlich. Insbesondere können die Elektroden in diesem Bereich auch anderweitig, wie beispielsweise leicht konisch oder konvex, geformt sein.

Claims

Heizgerät-Faserverdampfer für ein mobiles Heizgerät (2), der zumindest teilweise durch eine Metallfaserstruktur gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Fasern der Metallfaserstruktur des Heizgerät-Faserverdampfers (30'; 40'; 50') miteinander verschweißt sind.
Heizgerät-Faserverdampfer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Fasern der Metallfaserstruktur nur an einem einzelnen Abschnitt oder an einzelnen Abschnitten des Heizgerät-Faserverdampfers (40'; 50') miteinander verschweißt sind.
Heizgerät-Faserverdampfer gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Abschnitt(e) mit verschweißten Fasern (eine) Teilfläche(n) (48; 58) bezüglich einer Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers (40'; 50') bildet/bilden und sich jeweils über eine Dicke des Heizgerät-Faserverdampfers (40'; 50') erstreckt/erstrecken, insbesondere dass diese Abschnitte über die Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers (40'; 50') verteilt sind.
Heizgerät-Faserverdampfer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die gesamte Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers (30') Fasern der Metallfaserstruktur miteinander verschweißt sind.
Heizgerät-Faserverdampfer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizgerät-Faserverdampfer (30'; 40'; 50') scheibenförmig, insbesondere in Form einer runden Scheibe, ausgebildet ist.
Heizgerät-Faserverdampfer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern der Metallfaserstruktur gepresst und/oder gesintert sind.
Verfahren zum Herstellen eines Heizgerät-Faserverdampfers (30'; 40'; 50') für ein mobiles Heizgerät (2), der zumindest teilweise durch eine Metallfaserstruktur gebildet wird, gekennzeichnet durch nachfolgenden Schritt: Verschweißen von Fasern der Metallfaserstruktur des Heizgerät-Faserverdampfers (30'; 40'; 50').
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen ohne Zugabe eines Schweißzusatzwerkstoffes durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen durch ein Widerstandsschweißverfahren erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizgerät-Faserverdampfer (30'; 40'; 50') während des Verschweißens zusammengepresst wird, insbesondere bei einem Druck im Bereich von 0,3 bis 5 N/mm² (Newton pro Quadratmillimeter).
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenpressen des Heizgerät-Faserverdampfers (30'; 40'; 50') während des Verschweißens durch Schweißelektroden (32, 34; 42, 44; 52, 54), die zum Verschweißen eingesetzt werden, erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfaserstruktur des Heizgerät-Faserverdampfers (30'; 40'; 50') vor dem Schritt des Verschweißens gepresst und/oder gesintert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen von Fasern der Metallfaserstruktur nur an einem einzelnen Abschnitt oder an einzelnen Abschnitten des Heizgerät-Faserverdampfers (30'; 40'; 50') durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Abschnitt(e), an dem/denen ein Verschweißen von Fasern der Metallfaserstruktur erfolgt, (eine) Teilfläche(n) (48; 58) bezüglich einer Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers (40'; 50') bildet/bilden und sich jeweils über eine Dicke des Heizge rät-Faserverdampfers (40'; 50') erstreckt/erstrecken, insbesondere dass diese Abschnitte über die Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers (40'; 50') verteilt sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen von Fasern der Metallfaserstruktur über die gesamte Gesamterstreckungsfläche des Heizgerät-Faserverdampfers (30') durchgeführt wird.