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Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Vorwärmen eines Betriebsmediums einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Baukastensystem für eine Mehrzahl von Bauvarianten einer solchen Heizvorrichtung.
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Eine solche Heizvorrichtung zum Vorwärmen eines Betriebsmediums einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise der
EP 2 108 813 B1 als bekannt zu entnehmen. Die Heizvorrichtung umfasst dabei wenigstens ein von einem Betriebsmedium durchströmbares Heizbehältnis, in welchem eine Heizeinrichtung zum Vorwärmen des Betriebsmediums angeordnet ist. Dabei handelt es sich bei dem Betriebsmedium um eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine.
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Darüber hinaus sind solche Heizvorrichtungen aus Wasserfahrzeugen wie beispielsweise Schiffen bekannt. Solche Wasserfahrzeuge umfassen jeweils wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine mit sehr großen äußeren Abmessungen und mit einem sehr großen Volumen, welches von einem Betriebsmedium der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Bei diesem Betriebsmedium handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit wie beispielsweise eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine. Ferner kann es sich bei dem Betriebsmedium um einen Kraftstoff insbesondere in Form von Öl wie beispielsweise Schweröl handeln.
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Die Verbrennungskraftmaschine des Wasserfahrzeugs wird beispielsweise als Antriebsaggregat zum Antreiben des Wasserfahrzeugs und/oder als Stromgenerator genutzt. Dabei kommt eine Heizvorrichtung zum Einsatz, um das Betriebsmedium beispielsweise in Form der Kühlflüssigkeit, welche auch als Kühlwasser bezeichnet wird, vorzuheizen beziehungsweise vorzuwärmen. Eine solche Vorwärmung des Betriebsmediums, insbesondere der Kühlflüssigkeit, ist beispielsweise erforderlich, um die Verbrennungskraftmaschine infolge eines Wärmeübergangs von dem vorgewärmten Betriebsmedium an die Verbrennungskraftmaschine vorzuheizen beziehungsweise vorzuwärmen. Erst durch dieses Vorwärmen des Betriebsmediums und somit der Verbrennungskraftmaschine kann die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise gestartet werden. Mit anderen Worten wäre ohne das Vorwärmen des Betriebsmediums beispielsweise eine Aktivierung der zunächst deaktivierten Verbrennungskraftmaschine nicht möglich.
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Üblicherweise weisen die Heizvorrichtungen zum Vorwärmen von Betriebsmedien von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Wasserfahrzeuge, einen sehr komplexen und somit kostenintensiven Aufbau auf, sodass die jeweilige Heizvorrichtung nur sehr zeit- und kostenintensiv hergestellt werden kann. Ferner ist es herkömmlicherweise nicht oder nur sehr kostenaufwendig möglich, unterschiedliche Bauvarianten der Heizvorrichtung zu realisieren, um dadurch beispielsweise auf jeweilige unterschiedliche Kundenwünsche einzugehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art sowie ein Baukastensystem zu schaffen, mittels welchen eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Herstellung sowie insbesondere eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Variantenbildung der Heizvorrichtung realisierbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Baukastensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Vorwärmen eines Betriebsmediums einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Wasserfahrzeugs, mit wenigstens einem von dem Betriebsmedium durchströmbaren Heizbehältnis, in welchem eine Heizeinrichtung zum Vorwärmen des Betriebsmediums angeordnet ist.
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Um nun eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Herstellung sowie insbesondere eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Variantenbildung der Heizvorrichtung zu realisieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Heizbehältnis durch ein Rohrelement gebildet ist, welches an seinen axialen Stirnseiten durch jeweilige, insbesondere separat vom Rohrelement ausgebildete, Deckelelemente verschlossen ist. Darunter ist zu verstehen, dass auf den jeweiligen Stirnseiten des Rohrelements die Deckelelemente angeordnet sind, mittels welchen das Rohrelement in dessen axialer Richtung zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest überwiegend verschlossen ist.
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Ein erstes der Deckelelemente weist dabei wenigstens einen Einlass zum Führen des Betriebsmediums in das Rohrelement auf. Dies bedeutet, dass das Betriebsmedium über den Einlass in das Rohrelement und somit zur in dem Rohrelement angeordneten Heizeinrichtung strömen kann, sodass das über den Einlass in das Rohrelement eingeströmte Betriebsmedium mittels der insbesondere elektrischen Heizeinrichtung erwärmt, das heißt vorgewärmt werden kann.
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Das zweite Deckelelement weist wenigstens einen Auslass zum Abführen des Betriebsmediums aus dem Rohrelement auf. Dies bedeutet, dass das Betriebsmedium über den Auslass aus dem Rohrelement ausströmen kann, nachdem es mittels der Heizeinrichtung erwärmt, das heißt vorgewärmt wurde. Dabei sind der Einlass und der Auslass jeweils von dem Betriebsmedium durchströmbar.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist, den Deckelelementen jeweils eine Doppelfunktion zukommen zu lassen. Im Rahmen dieser Doppelfunktion werden die Deckelelemente einerseits dazu genutzt, das Rohrelement an den jeweiligen Stirnseiten zu verschließen, sodass das Betriebsmedium nicht unerwünschterweise aus dem Rohrelement austreten kann. Andererseits werden die Deckelelemente dazu genutzt, das Betriebsmedium in das Rohrelement einzuleiten beziehungsweise aus dem Rohrelement abzuführen. Hierfür bilden die Deckelelemente den Einlass beziehungsweise den Auslass, wodurch das Betriebsmedium auf besonders einfache und kostengünstige Weise in das Rohrelement eingeleitet beziehungsweise aus dem Rohrelement abgeführt werden kann. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, den Einlass beziehungsweise den Auslass an den Deckelelementen und nicht etwa am Rohrelement, beispielsweise in einer Mantelfläche des Rohrelements, vorzusehen. Dadurch kann das Rohrelement selbst als einfaches Bauteil ausgestaltet und besonders einfach und somit zeit- und kostengünstig hergestellt werden, da es nicht mit radial verlaufenden Einlässen beziehungsweise Auslässen versehen werden muss.
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Die Deckelelemente können insbesondere im Vergleich zum Rohrelemente besonders einfach und kostengünstig mit dem Einlass beziehungsweise dem Auslass versehen werden, sodass auch die Deckelelemente besonders zeit- und kostengünstig herstellbar sind. Darüber hinaus können unterschiedliche Bauvarianten der Heizvorrichtung auf besonders einfache Weise gebildet werden, da beispielsweise das Rohrelement bauvariantenübergreifend, das heißt für die unterschiedlichen Bauvarianten genutzt werden kann. Mit anderen Worten kann für die unterschiedlichen Bauvarianten das gleiche Rohrelement genutzt werden, wobei das Rohrelement nicht an die unterschiedlichen Bauvarianten angepasst werden muss. Die Bildung der unterschiedlichen Bauvarianten erfolgt beispielsweise durch Variierung beziehungsweise Variantenbildung der Heizeinrichtung und/oder wenigstens eines der Deckelelemente.
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Zur Realisierung einer besonders effektiven und effizienten Vorwärmung des Betriebsmediums ist die Heizeinrichtung vorzugsweise als elektrische Heizeinrichtung ausgebildet.
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Bei dem Betriebsmedium handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit. Insbesondere kann es sich bei dieser Flüssigkeit um eine Kühlflüssigkeit handeln, welche auch als Kühlwasser bezeichnet und zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine genutzt wird. Durch das Vorwärmen des Kühlwassers kann das Kühlwasser (Kühlflüssigkeit) zum Vorwärmen der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden, sodass die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise aktiviert, das heißt gestartet werden kann. Bei dem Betriebsmedium kann es sich ferner um einen insbesondere flüssigen Kraftstoff der Verbrennungskraftmaschine handeln, wobei der Kraftstoff beispielsweise ein Dieselkraftstoff oder Schweröl ist. Somit ist es denkbar, die erfindungsgemäße Heizvorrichtung auch zum Vorwärmen von Kraftstoff der Verbrennungskraftmaschine zu nutzen.
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Vorzugsweise sind die Deckelelemente separat vom Rohrelement sowie gegebenenfalls separat voneinander ausgebildet, sodass sie auf besonders einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden können.
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Um eine besonders bauraumgünstige Zuführung des Betriebsmediums in das Rohrelement beziehungsweise Abführung des Betriebsmediums aus dem Rohrelement zu realisieren, ist es beispielsweise vorgesehen, dass sich der Einlass und/oder der Auslass jeweils zumindest teilweise in radialer Richtung des Rohrelements erstrecken.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das jeweilige Deckelelement einstückig ausgebildet ist. Hierdurch kann das jeweilige Deckelelement besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Darüber hinaus kann die Heizvorrichtung insgesamt kostengünstig montiert werden, da ihre Teileanzahl gering gehalten werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das jeweilige Deckelelement als Gussbauteil ausgebildet. Mit anderen Worten ist das jeweilige Deckelelement vorzugsweise als Gusskörper ausgebildet, das heißt durch ein Gießverfahren hergestellt. Hierdurch kann das jeweilige Deckelelement auf besonders zeit- und kostengünstige Weise hergestellt werden. Ferner ist es durch ein solches Gießverfahren möglich, einen jeweiligen, von dem Betriebsmedium durchströmbaren Kanal des Einlasses beziehungsweise des Auslasses insbesondere mittels wenigstens eines Gießkerns einfach herzustellen.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Ein- und der Auslass jeweils einen durch das jeweilige Deckelelement gebildeten Anschlussstutzen aufweisen, an welchem ein jeweiliges Rohr zum Führen des Betriebsmediums anschließbar ist. Dieser Ausführungsform liegt die Idee zugrunde, die Anschlussstutzen nicht am Rohrelement, sondern am Deckelelement vorzusehen, um dadurch einen besonders einfachen Aufbau des Rohrelements zu gewährleisten. Die Anschlussstutzen der Deckelelemente können insbesondere durch Gießen der jeweiligen Deckelelemente einfach hergestellt werden, sodass die Anschlussstutzen durch die jeweiligen einstückigen Deckelelemente gebildet werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Anschlussstutzen sich in radialer Richtung des Rohrelements erstrecken. Würden derartige, sich in radialer Richtung erstreckende Anschlussstutzen am Rohrelement vorgesehen werden, so würde dies zeit- und kostenaufwendig durchzuführende Arbeitsschritte erfordern, was jedoch durch das Vorsehen der Anschlussstutzen an den Deckelelementen vermieden werden kann. Über die Anschlusselemente können die genannten Rohre fluidisch mit dem Einlass beziehungsweise mit dem Auslass verbunden werden, sodass das Betriebsmedium in das Rohrelement eingeleitet beziehungsweise aus dem Rohrelement abgeführt werden kann.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn wenigstens eines der Deckelelemente, insbesondere das den Einlass aufweisende Deckelelement, wenigstens ein Befestigungselement zum Halten einer Pumpe zum Fördern des Betriebsmediums aufweist. Bei dieser Ausführungsform kommt dem wenigstens einen Deckelelement somit eine Dreifachfunktion zu, da dieses wenigstens eine Deckelelement nicht nur zum Verschließen des Rohrelements und zum Zuführen beziehungsweise Abführen des Betriebsmediums, sondern auch zum Halten der Pumpe verwendet wird. Bei dem Befestigungselement handelt es sich beispielsweise um einen Flansch, an welchem die Pumpe befestigbar ist. Hierzu weist der Flansch wenigstens eine beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Schrauböffnung auf, über welche die Pumpe mittels wenigstens eines Schraubelements, insbesondere einer Schraube, an den Flansch angeschraubt werden kann.
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Die Pumpe umfasst üblicherweise ein Pumpenelement, mittels welchem das Betriebsmedium gefördert wird. Das Pumpenelement ist beispielsweise Bestandteil eines Rotors der Pumpe, wobei der Rotor und somit das Pumpenelement beispielsweise um eine Drehachse drehbar sind.
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Hierbei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das wenigstens eine das Befestigungselement aufweisende Deckelelement wenigstens eine Aufnahme aufweist, in welcher das zum Fördern des Betriebsmediums ausgebildete Pumpenelement der Pumpe aufnehmbar ist. Mit anderen Worten ist im fertig hergestellten Zustand der Heizvorrichtung das Pumpenelement in dem Aufnahmeraum angeordnet, sodass das Betriebsmedium während des Betriebs der Pumpe beispielsweise durch den Einlass und durch den Aufnahmeraum mittels des Pumpelements hindurch gefördert wird. Das wenigstens eine Deckelelement wird somit nicht nur zum Halten der Pumpe, sondern auch zum Aufnehmen des Pumpenelements genutzt, sodass das Betriebsmedium innerhalb des wenigstens einen Deckelelements gefördert wird. Der Aufnahmeraum ist beispielsweise durch Gießen auf besonders einfache Weise herstellbar, sodass die Heizvorrichtung insgesamt auf besonders einfache, kosten- und zeitgünstige Weise hergestellt werden kann.
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Um die Teileanzahl und somit die Kosten der Heizvorrichtung besonders gering zu halten, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Rohrelement einstückig ausgebildet ist.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Rohrelement als nahtlos gezogenes Rohr ausgebildet ist. Hierbei wird das Rohr beispielsweise nach Art eines Strangpressverfahrens hergestellt. Herkömmlicherweise werden Rohre aus Blechplatinen hergestellt, wobei eine solche Blechplatine zunächst gerollt wird, woraufhin jeweilige freie Enden der gerollten Blechplatine unter Ausbildung wenigstens einer Schweißnaht miteinander verschweißt werden. Eine solche Herstellung eines Rohres ist zeit- und kostenaufwendig. Infolge der Ausbildung des Rohrelements als nahtlos gezogenes Rohr kann eine solche aufwendige Herstellung vermieden werden, da sowohl das Rollen einer Blechplatine als auch das Verschweißen von freien Enden der Blechplatine vermieden werden können. Darüber hinaus weist das nahtlos gezogene Rohr keine Schweißnaht zum Abdichten des Rohrelements auf, sodass eine besonders hohe Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, des nahtlos gezogenen Rohres realisiert werden kann.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Baukastensystem für eine Mehrzahl von Bauvarianten einer Heizvorrichtung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, zum Vorwärmen eines Betriebsmediums einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Wasserfahrzeugs. Das Baukastensystem umfasst ein bauvariantenübergreifendes und von dem Betriebsmedium durchströmbares Rohrelement, wenigstens ein bauvariantenübergreifendes und wenigstens einen Einlass zum Führen des Betriebsmediums in das Rohrelement aufweisendes erstes Deckelement zum Verschließen des Rohrelements an dessen einen axialen Stirnseite sowie wenigstens ein bauvariantenübergreifendes und wenigstens einen Auslass zum Abführen des Betriebsmediums aus dem Rohrelement aufweisendes zweites Deckelelement zum Verschließen des Rohrelements an dessen der einen axialen Stirnseite gegenüberliegenden, zweiten axialen Stirnseite.
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Darüber hinaus umfasst das Baukastensystem wenigstens zwei bauvariantenspezifische Heizeinrichtungen zum Vorwärmen des Betriebsmediums, wobei die bauvariantenspezifischen Heizeinrichtungen wahlweise in dem Rohrelement anordenbar sind. Die Heizeinrichtungen unterscheiden sich beispielsweise in ihrer jeweiligen Anzahl an Heizelementen, welche beispielsweise als Heizstäbe ausgebildet sind. Alternativ oder zusätzlich können sich die bauvariantenspezifischen Heizeinrichtungen in ihrer Heizleistung voneinander unterscheiden. Wird beispielsweise eine erste der Heizeinrichtungen in dem Rohrelement angeordnet, so wird dadurch eine erste der Bauvarianten der Heizvorrichtung gebildet. Wird anstelle der ersten Heizeinrichtung die zweite Heizeinrichtung in dem Rohrelement angeordnet, so wird dadurch eine zweite der Bauvarianten der Heizvorrichtung geschaffen. Insgesamt ist somit erkennbar, dass die unterschiedlichen Bauvarianten der Heizvorrichtung auf einfache, zeit- und kostengünstige Weise durch Variation der Heizeinrichtung geschaffen werden können, wobei für die unterschiedlichen Bauvarianten der Heizvorrichtung das gleiche Rohrelement und die gleichen Deckelelemente verwendet werden.
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Zur Erfindung gehört auch ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Schiff, mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische und perspektivische Draufsicht einer Heizvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zum Vorwärmen eines Betriebsmediums, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, einer Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem von dem Betriebsmedium durchströmbaren Heizbehältnis, in welchem eine Heizeinrichtung zum Vorwärmen des Betriebsmediums angeordnet ist, wobei das Heizbehältnis durch ein Rohrelement gebildet ist, welches an seinen axialen Stirnseiten durch jeweilige Deckelemente verschlossen ist, die einen Einlass zum Führen des Betriebsmediums in das Rohrelement beziehungsweise einen Auslass zum Abführen des Betriebsmediums aus dem Rohrelement aufweisen;
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2 eine weitere schematische und perspektivische Draufsicht der Heizvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 eine schematische Seitenansicht der Heizvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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4 eine schematische und perspektivische Draufsicht der Heizvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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5 eine weitere schematische und perspektivische Draufsicht der Heizvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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6 eine schematische Vorderansicht eines der Deckelelemente;
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7 eine schematische Seitenansicht des einen Deckelelements;
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8 eine schematische Schnittansicht des einen Deckelelements;
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9 eine schematische Rückansicht des einen Deckelelements;
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10 eine schematische Seitenansicht des anderen Deckelelements, an welchem eine Pumpe zum Fördern des Betriebsmediums gehalten ist;
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11 eine schematische Vorderansicht des anderen Deckelelements;
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12 eine schematische Draufsicht des anderen Deckelelements;
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13 eine schematische und perspektivische Seitenansicht eines Heizelements in Form eines Heizstabs der Heizeinrichtung;
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14 eine schematische Draufsicht des Heizstabs;
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15 eine schematische und perspektivische Draufsicht der Heizvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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16 eine schematische und perspektivische Draufsicht der Heizvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und perspektivischen Draufsicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Heizvorrichtung zum Vorwärmen eines Betriebsmediums einer Verbrennungskraftmaschine. Bei dem Betriebsmedium handelt es sich vorliegend um eine Kühlflüssigkeit, welche auch als Kühlwasser bezeichnet und zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine genutzt wird. Die Verbrennungskraftmaschine kommt in einem Wasserfahrzeug, insbesondere einem Schiff, zum Einsatz und dient beispielsweise zum Antreiben des Wasserfahrzeugs und/oder zum Bereitstellen von elektrischem Strom. Mit anderen Worten kann die Verbrennungskraftmaschine als Stromaggregat genutzt werden, wobei mittels der Verbrennungskraftmaschine ein Generator angetrieben wird. Hierbei wird mittels der Verbrennungskraftmaschine mechanische Energie bereitgestellt, welche mittels des Generators in elektrischen Strom umgewandelt wird.
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Die Heizvorrichtung 10 dient dabei zum Vorwärmen der Kühlflüssigkeit, sodass die Verbrennungskraftmaschine mittels der vorgewärmten Kühlflüssigkeit infolge eines Wärmeübergangs von der vorgewärmten Kühlflüssigkeit an die Verbrennungskraftmaschine erwärmt, das heißt vorgewärmt werden kann. Dieses Vorwärmen der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht es, die zunächst deaktivier Verbrennungskraftmaschine zu aktivieren, das heißt zu starten. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei beispielsweise ein von der Kühlflüssigkeit durchströmbares Volumen von über eintausend Litern auf, sodass auch die Heizvorrichtung 10 entsprechend dimensioniert um Vorwärmen einer sehr großen Menge der Kühlflüssigkeit ausgebildet ist.
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Die Heizvorrichtung 10 weist ein Heizbehältnis in Form eines Rohrelements 12 auf, welches vorzugsweise als nahtlos gezogenes Rohr und einstückig ausgebildet ist. Durch das Rohrelement 12, welches von der Kühlflüssigkeit durchströmbar ist, ist eine von der Kühlflüssigkeit durchströmbare Heizkammer begrenzt, in welcher eine besonders gut aus 2 und 3 erkennbare Heizeinrichtung 14 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die als elektrische Heizeinrichtung ausgebildete Heizeinrichtung 14 in dem Rohrelement 12 angeordnet. Die Heizeinrichtung 14 umfasst eine Mehrzahl von Heizelementen in Form von Heizstäben 16, wobei in 13 und 14 einer der Heizstäbe 16 gezeigt ist. Die Heizstäbe 16 sind in dem Rohrelement 12 angeordnet und dienen zum Erwärmen, das heißt zum Vorwärmen der Kühlflüssigkeit, wobei ein Wärmeübergang von den mittels elektrischen Stroms erhitzten Heizstäben 16 an die das Rohrelement 12 durchströmende Kühlflüssigkeit erfolgt.
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Aus einer Zusammenschau von 1 bis 5 ist besonders gut erkennbar, dass das Rohrelement 12 an seinen axialen Stirnseiten 18 und 20, das heißt an seinen in axialer Richtung des Rohrelements 12 gegenüberliegenden Stirnseiten 18 und 20 durch jeweilige Deckelelemente 22 und 24 verschlossen ist. Die Deckelelemente 22 und 24 sind vorliegend einstückig und als Gussbauteile ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Deckelelemente 22 und 24 als Gusskörper ausgebildet und dabei durch ein Gießverfahren hergestellt. Besonders gut aus 1 ist erkennbar, dass das erste Deckelelement 22 einen Einlass 26 mit einem Kanal 28 und einem Anschlussstutzen 30 aufweist, wobei der Anschlussstutzen 30 durch das einstückige Deckelelement 22 gebildet ist. Der Einlass 26, insbesondere der Kanal 28, erstreckt sich durch das Deckelelement 22, das heißt durch den Anschlussstutzen 30 und ist – wie in 1 durch einen Richtungspfeil 32 veranschaulicht ist – von der Kühlflüssigkeit durchströmbar. Der Einlass 26 dient somit zum Zuführen des Betriebsmediums, das heißt der Kühlflüssigkeit in das Rohrelement 12. Hierbei kann die Kühlflüssigkeit den Kanal 28, das heißt den Anschlussstutzen 30, durchströmen, wobei sich der Kanal 28 zumindest teilweise in radialer Richtung des Rohrelements 12 erstreckt. Auch der Anschlussstutzen 30 erstreckt sich in radialer Richtung des Rohrelements 12. Somit durchströmt die Kühlflüssigkeit zumindest einen Teil des Deckelelements 22 in radialer Richtung, wobei die Kühlflüssigkeit beispielsweise mittels des Deckelelements 22, insbesondere mittels des Kanals 28, umgelenkt wird und in axialer Richtung in das Rohrelement 12 einströmt und durch das Rohrelement 12 durchströmt.
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Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass das zweite Deckelelement 24 einen Auslass 34 mit einem Kanal 36 aufweist, wobei der Kanal 36 von der Kühlflüssigkeit durchströmbar ist. Der Auslass 34 umfasst ferner einen Anschlussstutzen 38, wobei sich der Anschlussstutzen 38 in radialer Richtung des Rohrelements 12 erstreckt. Der Kanal 36 erstreckt sich durch den Anschlussstutzen 38 und somit zumindest in einem Teil des Deckelelements 24 in radialer Richtung. Wie in 2 durch einen Richtungspfeil 40 veranschaulicht ist, dient der Auslass 34 zum Abführen der Kühlflüssigkeit aus dem Rohrelement 12. Die Kühlflüssigkeit kann beispielsweise zunächst in axialer Richtung des Rohrelements 12 in das zweite Deckelelement 24 einströmen und wird mittels des zweiten Deckelelements 24, insbesondere mittels des Kanals 36, in den die Kühlflüssigkeit einströmt, umgelenkt. Infolge dieser Umlenkung strömt die vorgewärmte Kühlflüssigkeit in radialer Richtung aus dem zweiten Deckelelement 24, insbesondere dem Kanal 36, heraus.
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An den Deckelelementen 22 und 24 sind Flanschringe 42 und 44 befestigt. Insbesondere sind die Flanschringe 42 und 44 mit den Deckelelementen 22 und 24 verschraubt. Die Flanschringe 42 und 44 dienen zum Halten eines Schaltschranks 46 der Heizvorrichtung 10, wobei in dem Schaltschrank 46 Elektronikkomponenten zum Versorgen der Heizeinrichtung 14 mit elektrischem Strom angeordnet sind. Die Heizvorrichtung 10 stellt somit ein vormontiertes Modulbauteil dar, welches vormontiert und im vormontierten Zustand zeit- und kostengünstig verbaut werden kann.
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In 2 und 3 ist das Rohrelement 12 nicht dargestellt, sodass aus 2 und 3 besonders gut die Heizstäbe 16 der Heizeinrichtung 14 erkennbar sind. Aus 13 und 14 ist besonders gut erkennbar, dass der jeweilige Heizstab 16 an seinen freien Enden 47 jeweilige Anschlusselemente 48 aufweist. Wie noch im Folgenden erläutert wird, sind die jeweiligen Heizstäbe 16 über ihre Anschlusselemente 48 am zweiten Deckelelement 24 gehalten und werden über die Anschlusselemente 48 mit elektrischem Strom versorgt, mittels welchem die jeweiligen Heizstäbe 16 erhitzt werden. Die Heizstäbe 16 sind somit am zweiten Deckelelement 24 gehalten und ragen in axialer Richtung des Rohrelements 12 vom zweiten Deckelelemente 24 weg in Richtung des ersten Deckelelements 22 und werden von der das Rohrelement 12 durchströmenden Kühlflüssigkeit umströmt, wodurch die Kühlflüssigkeit erwärmt beziehungsweise vorgewärmt wird.
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Aus 4 ist besonders gut erkennbar, dass den Deckelelementen 22 und 24 eine Doppelfunktion zukommt, da die Deckelelemente 22 und 24 sowohl zum Verschließen des Rohrelements 12 an den Stirnseiten 18 und 20 auch zum Zuführen beziehungsweise Abführen der Kühlflüssigkeit genutzt werden. Somit müssen am Rohrelement 12 keine Vorkehrungen zum Zuführen und Abführen der Kühlflüssigkeit vorgesehen werden, sodass das Rohrelement 12 besonders einfach, das heißt mit einer besonders einfachen Geometrie ausgestaltet werden kann. Das Rohrelement 12 ist somit auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise herstellbar. Auch die einstückig ausgebildeten und beispielsweise durch Gießen hergestellten Deckelelemente 22 und 24 können auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise hergestellt und besonders einfach am Rohrelement 12 montiert werden. Hierzu wird das Rohrelement 12 beispielsweise an den Flanschringen 42 und 44 befestigt, indem das Rohrelement 12 beispielsweise mit den Flanschringen 42 und 44 verschweißt wird. Die Flanschringe 42 und 44 werden beispielsweise durch Schutzgas-Schweißen, durch MAG-Schweißen (MAG – Metallaktivgasschweißen) mit dem Rohrelement 12 verbunden. Durch das Verbinden, insbesondere Verschrauben, der Flanschringe 42 und 44 mit den Deckelelementen 22 und 24 werden die Flanschringe 42 und 44 und über diese das Rohrelement 12 an den Deckelelementen 22 und 24 befestigt beziehungsweise mit diesen verbunden. Schließlich werden an den Flanschringen 42 und 44 beispielsweise aus 3 erkennbare Konsolen 50 befestigt, an denen wiederum der Schaltschrank 46 befestigt wird.
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Das Verbinden, insbesondere Verschweißen, der Flanschringe 42 und 44 mit dem Rohrelement 12 kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise unter Ausbildung wenigstens einer jeweiligen Schweißnaht erfolgen. Diese Schweißnaht dient jedoch nicht zum Abdichten des Rohrelements 12 beziehungsweise zum Verbinden von freien Enden einer Blechplatine, sondern lediglich zum Verbinden des Rohrelements 12 mir den Flanschringen 42 und 44. Aus 1, 4 und 5 ist zudem ein Schaltkasten 52 der Heizvorrichtung 10 erkennbar.
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6 bis 9 zeigen das zweite Deckelelement 24. Aus 6 und 9 ist besonders gut erkennbar, dass das zweite Deckelelement 24 einen stirnseitigen Plattenteil 54 aufweist, in welchem eine Mehrzahl von als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Aufnahmen 56 ausgebildet ist. Die jeweiligen Anschlusselemente 48 können in axialer Richtung in die jeweiligen Aufnahmen 56 eingesteckt werden, sodass die jeweiligen Anschlusselemente 48 zumindest teilweise in den jeweiligen Aufnahmen 56 angeordnet und die Heizstäbe 16 am zweiten Deckelelement 24 gehalten sind. Insbesondere können die Anschlusselemente 48 in axialer Richtung des Rohrelements 12 durch die Aufnahmen 56 hindurch gesteckt werden, sodass die Anschlusselemente 48 auf einer dem Rohrelement 12 in axialer Richtung abgewandten Seite des zweiten Deckelelements 24 ein Stück aus dem zweiten Deckelelement 24 herausragen. Hierdurch können die Anschlusselemente 48 auf der dem Rohrelement 12 abgewandten Seite des zweiten Deckelelements 24 auf besonders einfache Weise mit Elektronikbauteilen, die beispielsweise in dem Schaltkasten 52 angeordnet sind, elektrisch verbunden und dadurch mit elektrischem Strom versorgt werden.
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Darüber hinaus ist aus 6 und 9 ein Flanschteil 58 des zweiten Deckelelements 24 erkennbar. Der Flanschteil 58 weist eine Mehrzahl von als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Schrauböffnungen 60 auf, über welche das zweite Deckelelement 24 mit dem Flanschring 42 verschraubt werden kann. Hierzu kommen beispielsweise aus 2 erkennbare Schraubelemente in Form von Schrauben 62 zum Einsatz, mittels welchen das Deckelelement 24 mit dem Flanschring 42 verschraubt wird. Ferner ist in 6 bis 9 besonders gut der Anschlussstutzen 38 erkennbar, welcher einen Flansch 64 aufweist. Über diesen Flansch 64 kann ein Rohr mit dem Anschlussstutzen 38 verbunden werden, sodass ein Kanal des Rohres fluidisch mit dem Kanal 36 verbunden ist. Hierdurch kann die aus dem Anschlussstutzen 38 ausströmende Kühlflüssigkeit in das Rohr einströmen. Der Flansch 64 ist somit ein Befestigungselement zum Verbinden des Rohrs mit dem Anschlussstutzen 38.
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10 bis 12 zeigen das erste Deckelelement 22. Besonders gut aus Figuren 10 bis 12 ist erkennbar, dass auch der Anschlussstutzen 30 ein Befestigungselement in Form eines Flansches 66 aufweist, mittels welchem ein weiteres Rohr mit dem Anschlussstutzen 30 verbunden werden kann. Dadurch kann ein Kanal des weiteren Rohres fluidisch mit dem Kanal 28 verbunden werden, sodass die Kühlflüssigkeit aus dem Kanal des weiteren Rohres ausströmen und in den Kanal 28 des Einlasses 26 einströmen kann. Auch das erste Deckelelement 22 weist einen Flanschteil 68 auf, über welchen der Flanschring 44 mit dem Deckelelement 22 verschraubt werden kann. Aus 11 ist erkennbar, dass der Flanschteil 68 eine Mehrzahl von als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Schrauböffnungen 70 aufweist, durch welche Schraubelemente in Form von in 10 erkennbaren Schrauben 72 hindurch gesteckt werden können. Mittels dieser Schrauben 72 wird das Deckelelement 22 über den Flanschteil 68 mit dem Flanschring 44 verschraubt.
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Aus 1 bis 4 und 10 bis 12 ist erkennbar, dass dem Deckelelement 22 eine Dreifachfunktion zukommt, da das Deckelelement 22 zum Zuführen der Kühlflüssigkeit in das Rohrelement 12, zum Verschließen des Rohrelements 12 an der Stirnseite 20 sowie zum Halten einer im Ganzen mit 74 bezeichneten Pumpe zum Fördern der Kühlflüssigkeit dient. Hierzu weist das Deckelelement 22 einen weiteren Flanschteil 76 auf, über welchen die Pumpe 74 mit dem Deckelelement 22 verbunden ist.
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Hierzu weist die Pumpe 74, insbesondere ein Gehäuse 78 der Pumpe 74, einen Flansch 80 auf, welcher mit dem Flanschteil 76 verbunden, insbesondere verschraubt, wird. Zum Verschrauben des Flansches 80 mit dem Flanschteil 76 kommen Schrauben 82 und Muttern 84 zum Einsatz.
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Aus 10 ist besonders gut erkennbar, dass die Pumpe 74 axial, das heißt in axialer Richtung an dem Deckelelement 22 angeordnet ist. Die Pumpe 74 wird beispielsweise mit elektrischem Strom mit einer Frequenz von 50 bis 60 Hertz betrieben und weist hierzu ein in den Figuren nicht erkennbares Pumpenelement auf, welches im fertig hergestellten Zustand der Heizvorrichtung 10 in einer korrespondierenden und von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Aufnahme in Form eines Aufnahmeraums 81 des Deckelelements 22 angeordnet ist. Das Deckelelement 22 dient somit nicht nur zum Halten der Pumpe 74, sondern auch zum Aufnehmen des Pumpenelements, sodass mittels des Pumpenelements die Kühlflüssigkeit durch das Deckelelement 22, insbesondere den Kanal 28, hindurch gefördert wird. Dabei ist der Aufnahmeraum 81 beispielsweise ein Bestandteil des Kanals 28. Das Pumpengehäuse 78 ist außerhalb des Deckelelements 22, insbesondere außerhalb des Aufnahmeraums 81, angeordnet und umgibt beispielsweise einen Elektromotor der Pumpe 74 zumindest teilweise. Hierbei weist das Deckelelement 22 eine Durchgangsöffnung auf, durch welche beispielsweise ein das Pumpenelement umfassender Rotor hindurchgeführt ist. Somit kann der Rotor über die Durchgangsöffnung aus dem Aufnahmeraum 81 herausgeführt und teilweise in dem Gehäuse 78 angeordnet werden.
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Die Kühlflüssigkeit wird mittels der Pumpe 74 beispielsweise mit einem Druck von 10 Bar gefördert und mittels der Heizeinrichtung 14 auf 95 Grad Celsius aufgeheizt. Die Pumpe 74 fördert dabei die Kühlflüssigkeit, wobei die Kühlflüssigkeit die Pumpe 74, insbesondere deren Pumpenelement, bei der ersten Ausführungsform in radialer Richtung der Pumpe 74 anströmt und in axialer Richtung der Pumpe 74 von dieser abströmt. Mit anderen Worten saugt die Pumpe 74 die Kühlflüssigkeit in radialer Richtung an und fördert sie in axialer Richtung von der Pumpe 74 weg.
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Der Elektromotor der Pumpe 74, welcher zum Antreiben des Pumpenelements genutzt wird, wird beispielsweise elektrisch mit einem Bordnetz des Wasserfahrzeugs gekoppelt, wobei das Bordnetz beispielsweise eine elektrische Spannung von einschließlich 380 Volt bis einschließlich 690 Volt aufweist, sodass die Pumpe 74, insbesondere ihr Elektromotor, mit der elektrischen Spannung in einem Bereich von einschließlich 380 Volt bis einschließlich 690 Volt betrieben wird.
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5 zeigt die Heizvorrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere hinsichtlich der Pumpe 74 von der ersten Ausführungsform. Als die Pumpe 74 kommt nun eine Flanschpumpe zum Einsatz, welche die Kühlflüssigkeit in radialer Richtung ansaugt und in radialer Richtung von der Pumpe 74 weg fördert. Hierzu weist die Pumpe 74, insbesondere ihr Gehäuse 78, einen Flanschteil 86 auf, über welchen die Pumpe 74 bei der zweiten Ausführungsform mit dem Flansch 66 des Anschlussstutzens 30 des Deckelelements 22 verbunden ist. Auf einer dem Flanschteil 86 gegenüberliegenden Seite weist die Pumpe 74, insbesondere ihr Gehäuse 78, einen weiteren Flanschteil 88 auf, über welchen die Pumpe 74 mit einem Rohr zum Führen der Kühlflüssigkeit zur Pumpe 74 verbunden werden kann. Das Gehäuse 78 weist dabei einen Kanal 90 auf, welcher von der Kühlflüssigkeit durchströmbar und fluidisch mit dem Kanal 28 des Deckelelements 22 verbunden ist. Im Übrigen entspricht die Funktion der zweiten Ausführungsform der Funktion der ersten Ausführungsform der Heizvorrichtung 10.
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16 zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform der Heizvorrichtung 10. Bei der dritten Ausführungsform ist eine Heizpatrone 92 zum Vorwärmen der Kühlflüssigkeit vorgesehen. Im Übrigen entspricht die Funktion der Heizvorrichtung 10 gemäß der dritten Ausführungsform der Funktion der ersten Ausführungsform.
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Aus 1 bis 16 insgesamt ist erkennbar, dass an den Flanschringen 42 und 44 Konsolen 94 befestigt sind, wobei die Konsolen 94 beispielsweise mit den jeweiligen Flanschringen 42 und 44 verschraubt oder verschweißt sind. Über die Konsolen 94 kann die Heizvorrichtung 10 insgesamt, das heißt als Modulbauteil, an wenigstens einem korrespondierenden Halteelement befestigt werden, indem die Konsolen 94 beispielsweise mit dem korrespondierenden Halteelement verschraubt werden.
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Zur Realisierung einer besonders hohen Festigkeit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Deckelelemente 22 und 24 sowie das Rohrelement 12 aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind. Beispielsweise ist das Rohrelement 12 aus Kesselblech gebildet. Ferner ist aus 1 bis 16 insgesamt erkennbar, dass unterschiedliche Bauvarianten der Heizvorrichtung 10 auf besonders einfache Weise gebildet werden können.
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Die Realisierung von unterschiedlichen Bauvarianten kann beispielsweise schon dadurch auf einfache Weise realisiert werden, dass zumindest eines der Deckelelemente 22 und 24 relativ zum Rohrelement 12 um dessen Längsmittelachse gedreht beziehungsweise verdreht wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass beide Deckelelemente 22 und 24 gemeinsame verdreht werden, sodass die Anschlussstutzen 30 und 38 jeweils die gleiche Winkelstellung bezogen auf das Rohrelement 12 einnehmen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Deckelelemente 22 und 24 relativ zueinander um die Längsmittelachse des Rohrelements 12 verdreht beziehungsweise zueinander versetzt angeordnet werden. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass sich die jeweiligen Bauvarianten dadurch unterscheiden, dass wenigstens eines der Deckelelemente 22 und 24 bei den Bauvarianten in unterschiedlichen Winkelstellungen oder Drehstellungen um die Längsmittelsachse des Rohrelements 12 relativ zu diesem angeordnet ist.
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Ferner kann die Darstellung der unterschiedlichen Bauvarianten beispielsweise durch Variation der Heizeinrichtung 14 erfolgen, wobei bei allen unterschiedlichen Bauvarianten der Heizvorrichtung 10 vorzugsweise die gleichen Deckelelemente 22 und 24 und das gleiche Rohrelement 12 zum Einsatz kommen. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zur Schaffung der unterschiedlichen Bauvarianten der Heizvorrichtung 10 unterschiedliche Bauvarianten der Heizeinrichtung 14 verwendet werden, sodass beispielsweise ein Baukastensystem mit wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen, bauvariantenspezifischen Heizeinrichtungen 14, den bauvariantenübergreifenden Deckelelementen 22 und 24 und dem bauvariantenübergreifenden Rohrelement 12 vorgesehen ist.
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Die unterschiedlichen Bauvarianten der Heizeinrichtung 14, das heißt die bauvariantenspezifischen Heizeinrichtungen 14 unterscheiden sich beispielsweise hinsichtlich ihrer Heizleistung und/oder hinsichtlich der Anzahl ihrer Heizelemente (Heizstäbe 16). Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Rohrelement 12 bei allen Bauvarianten der Heizvorrichtung 10 stets die gleiche axiale Länge aufweist.
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Unterscheiden sich die bauvariantenspezifischen Heizeinrichtungen 14 beispielsweise hinsichtlich der Anzahl der Heizstäbe 16, so ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Anzahl der Aufnahmen 56 ausreicht, um alle Heizstäbe 16 derjenigen der bauvariantenspezifischen Heizeinrichtungen 14 am bauvariantenübergreifenden Deckelelement 24 befestigen zu können, die bezogen auf die bauvariantenspezifischen Heizeinrichtungen 14 die höchste Anzahl an Heizstäben 16 aufweist. Wird beispielsweise zur Schaffung einer entsprechenden Bauvariante der Heizvorrichtung 10 eine solche Heizeinrichtung 14 verwendet, deren Anzahl an Heizstäben 16 geringer ist als die Anzahl an Heizstäben 16 derjenigen der bauvariantenspezifischen Heizeinrichtungen 14, die bezogen auf die bauvariantenspezifischen Heizeinrichtungen 14 die höchste Anzahl an Heizstäben 16 aufweist, so werden folglich nicht alle Aufnahmen 56 des Deckelelements 24 zum Halten der Heizstäbe 16 benötigt.
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In diesem Fall werden die nicht benötigten Aufnahmen 56 beispielsweise mittels entsprechender Verschlusselemente verschlossen, um ein unerwünschtes Austreten der Kühlflüssigkeit zu vermeiden. Die zugrunde liegende Idee hierbei ist, trotz der unterschiedlichen Heizeinrichtungen 14 und insbesondere trotz unterschiedlicher Anzahlen an Heizstäben 16 stets, das heißt bei allen Bauvarianten der Heizvorrichtung 10, das gleiche Deckelelement 24 zu verwenden, um hierdurch eine besonders hohe Gleichteileanzahl zu schaffen. Dadurch können unterschiedliche Bauvarianten der Heizvorrichtung 10 auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise geschaffen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Heizvorrichtung
- 12
- Rohrelemente
- 14
- Heizeinrichtung
- 16
- Heizstab
- 18
- Stirnseite
- 20
- Stirnseite
- 22
- erstes Deckelelement
- 24
- zweites Deckelelement
- 26
- Einlass
- 28
- Kanal
- 30
- Anschlussstutzen
- 32
- Richtungspfeil
- 34
- Auslass
- 36
- Kanal
- 38
- Anschlussstutzen
- 40
- Richtungspfeil
- 42
- Flanschring
- 44
- Flanschring
- 46
- Schaltschrank
- 47
- freie Enden
- 48
- Anschlusselement
- 50
- Konsole
- 52
- Schaltkasten
- 54
- Plattenteil
- 56
- Aufnahmen
- 58
- Flanschteil
- 60
- Schrauböffnungen
- 62
- Schraube
- 64
- Flansch
- 66
- Flanschteil
- 68
- Flanschteil
- 70
- Schrauböffnung
- 72
- Schraube
- 74
- Pumpe
- 76
- Flanschteil
- 78
- Gehäuse
- 80
- Flansch
- 81
- Aufnahmeraums
- 82
- Schraube
- 84
- Mutter
- 86
- Flanschteil
- 88
- Flanschteil
- 90
- Kanal
- 92
- Heizpatrone
- 94
- Konsole
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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