DE102016109369A1

DE102016109369A1 - Brennstoffverdampferbaugruppe und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffverdampferbaugruppe

Info

Publication number: DE102016109369A1
Application number: DE102016109369.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Neidenberger; Bengt Meier; Klaus Mösl
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2017-11-23
Anticipated expiration: 2036-05-21
Also published as: DE102016109369B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffverdampferbaugruppe (10) eines brennstoffbetriebenen Heizgerätes (28), mit einem porösen Verdampferkörper (12) und einer Verdampferaufnahme (14), wobei eine Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14) an einer Verdampferkörperoberfläche (18) anliegt, und wobei die Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14) mit der Verdampferkörperoberfläche (18) flächig verschweißt ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verdampferbaugruppe.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffverdampferbaugruppe eines brennstoffbetriebenen Heizgerätes und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Brennstoffverdampferbaugruppe.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Verdampferbaugruppe bereitzustellen, die schnell, leicht und kostengünstig herzustellen ist.
Beschrieben wird eine Brennstoffverdampferbaugruppe eines brennstoffbetriebenen Heizgerätes mit einem porösen Verdampferkörper und einer Verdampferaufnahme. Bei der beschriebenen Brennstoffverdampferbaugruppe liegt eine Oberfläche der Verdampferaufnahme an einer Verdampferkörperoberfläche an und die Oberfläche der Verdampferaufnahme und die Verdampferkörperoberfläche sind flächig miteinander verschweißt. Zwischen der Oberfläche der Verdampferaufnahme und der an der Oberfläche der Verdampferaufnahme anliegenden Verdampferkörperoberfläche besteht dementsprechend eine flächige stoffschlüssige Verbindung. Als Oberfläche des porösen Verdampferkörpers wird die äußere Oberfläche des porösen Verdampferkörpers bezeichnet, die von der inneren Oberfläche abzugrenzen ist, die auch durch die Poren im Inneren des Körpers gebildete Porenoberflächen umfasst. Als Oberfläche der Verdampferaufnahme wird der Teil der Gesamtoberfläche der Verdampferaufnahme bezeichnet, welcher tatsächlich an der Verdampferkörperoberfläche anliegt. Eine Verschweißung zwischen der Oberfläche der Verdampferaufnahme und der Verdampferkörperoberfläche wird als flächig angesehen, wenn mehr als 20 % der Verdampferkörperoberfläche, die an der Oberfläche der Verdampferaufnahme anliegt, stoffschlüssig mit der Oberfläche der Verdampferaufnahme verschweißt ist. Die flächige Verschweißung kann mehr als 50 % der aneinander anliegenden Flächen betreffen, vorzugsweise mehr als 75 % der aneinander anliegenden Flächen, wobei besonders bevorzugt ist, dass die beiden aneinander anliegenden Flächen vollständig, das heißt vollflächig, miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Als flächige Verschweißung wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung insbesondere keine Schweißverbindung angesehen, die aus mindestens einem Schweißpunkt besteht. Auch eine Schweißverbindung, die aus mindestens einer Schweißnaht besteht, wird nicht als flächige Schweißverbindung angesehen. Allerdings kann die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Verdampferaufnahme und dem porösen Verdampferkörper neben einer flächigen Schweißverbindung auch mindestens einen Schweißpunkt und/oder mindestens eine Schweißnaht aufweisen. Bei der flächigen Schweißverbindung zwischen der Verdampferaufnahme und dem porösen Verdampferkörper wird das den porösen Verdampferkörper bildende Material, das an der Verdampferkörperoberfläche ansteht, kurzzeitig aufgeschmolzen und geht beim Wiedererstarren eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Oberflächenmaterial der Verdampferaufnahme ein, an dem es anliegt.
Das flächige Verschweißen der Oberfläche der Verdampferaufnahme mit der an der Oberfläche der Verdampferaufnahme anliegenden Verdampferkörperoberfläche kann mit einem Widerstandsschweißverfahren, vorzugsweise mit einem Kondensatorentladungs-Schweißverfahren erfolgen. Der poröse Verdampferkörper ist elektrisch leitend und kann insbesondere metallische Fasern oder Drähte umfassen. Der poröse Verdampferkörper kann beispielsweise auch einen offenporigen metallischen Schaum umfassen und/oder einen offenporigen gesinterten metallischen Körper umfassen. Metallische Fasern und/oder Metalldrähte können als metallisches technisches Textil (metallisches textiles Formgebinde) beispielsweise in Form eines Gewebes und/oder eines Gestricks und/oder eines Gewirks und/oder eines Geflechts als Bestandteil des porösen Verdampferkörpers vorgesehen sein. Metallische Fasern und/oder Metalldrähte können auch in Form eines Vließes und/oder eines Filzes als Bestandteil des porösen Verdampferkörpers vorgesehen sein, wobei gegebenenfalls auch eine Vernadelung vorgesehen sein kann. Der poröse Verdampferkörper kann auch nichtmetallische Bestandteile umfassen. Der poröse Verdampferkörper kann beispielsweise einen Durchmesser aufweisen, der zwischen 15 mm und 80 mm liegt. Ein Durchmesser des Verdampferkörpers von circa 40 mm kann häufig vorliegen. Eine minimale Höhe des Verdampferkörpers kann 1 mm betragen. Die zur Aufnahme des porösen Verdampferkörpers vorgesehene Verdampferaufnahme kann beispielsweise topfartig aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem metallischen Material, ausgebildet sein. Durch das flächige Verschweißen der Oberfläche der Verdampferaufnahme mit der an ihr anliegenden Verdampferkörperoberfläche kann eine mechanisch dauerstabile Verbindung zwischen dem porösen Verdampferkörper und der Verdampferaufnahme hergestellt werden, die die Position des Verdampferkörpers relativ zu der Verdampferaufnahme (axial und radial) und die Porosität des porösen Verdampferkörpers erhält. Weiterhin sind durch das flächige Verschweißen gegebenenfalls keine zusätzlichen Halteelemente erforderlich, welche dauerhaft während des Betriebs des brennstoffbetriebenen Heizgerätes mit der Brennstoffverdampferbaugruppe die Position des porösen Verdampferkörpers in der Verdampferaufnahme sicherstellen. Zusätzliche Halteelemente können beispielsweise die Porosität des porösen Verdampferkörpers in einigen Bereichen reduzieren und/oder die zur Verdampfung des Brennstoffs zur Verfügung stehende Oberfläche des porösen Verdampferkörpers verkleinern. Gegebenenfalls kann durch das Entfallen solcher Halteelemente die Verdampferleistung der Verdampferbaugruppe bei gleichbleibender Größe erhöht werden. Möglich ist auch, die gleiche Verdampferleistung mit einer kleineren Verdampferbaugruppe zu erzielen. Die flächige Schweißverbindung zwischen der Verdampferaufnahme und dem porösen Verdampferkörper kann in kurzer Zeit kostengünstig hergestellt werden. Das flächige Verschweißen kann ein Aufwölben und/oder Ablösen des porösen Verdampferkörpers in beziehungsweise von der Verdampferaufnahme auch nach einer Vielzahl thermischer Zyklen verhindern. Durch das flächige Verschweißen erfolgt auch eine, wenn auch geringere, Erwärmung im Inneren des porösen Verdampferkörpers, so dass auch dort zusätzliche stoffschlüssige Verbindungen innerhalb des porösen Verdampferkörpers hergestellt werden. Beispielsweise können nur lose aneinander liegende Schichten des porösen Verdampferkörpers beim flächigen Verschweißen mit der Oberfläche der Verdampferaufnahme gleichzeitig auch stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Beispielsweise kann der poröse Verdampferkörper zunächst durch loses Aufeinanderlegen einzelner den porösen Verdampferkörper bildendender poröser Verdampferteilkörper in der Verdampferaufnahme und/oder durch das lose Aufeinanderschichten von metallischen Fasern in der Verdampferaufnahme gebildet sein. Während des flächigen Verschweißens der Verdampferkörperoberfläche mit der Verdampferaufnahme können weitere stoffschlüssige Verbindungen im Inneren des porösen Verdampferkörpers ausgebildet werden, beispielsweise zwischen zunächst nur lose eingelegten porösen Verdampferteilkörpern oder lose aufeinandergeschichteten metallischen Fasern.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche der Verdampferaufnahme, die an der Verdampferkörperoberfläche anliegt, eine Bodenfläche der Verdampferaufnahme umfasst. Wenn die Oberfläche der Verdampferaufnahme, die an der Verdampferkörperoberfläche anliegt, eine Bodenfläche der Verdampferaufnahme umfasst, kann in diesem Bereich eine Spaltbildung zwischen dem Verdampfer und der Verdampferaufnahme dauerhaft unterbunden werden. Unerwünschtes Filmsieden und/oder eine unerwünschte Ablagerungsbildung von nicht verdampfbaren Brennstoffanteilen kann zumindest verringert werden, da dies durch die Spaltbildung begünstigt wird. Brennstoffablagerungen in vorhandenen Spalten können während der Lebensdauer des brennstoffbetriebenen Heizgerätes zu einem weiteren Abheben des Verdampfers von der Verdampferaufnahme beitragen, was wiederum den bereits vorhandenen Spalt vergrößert. Dadurch werden weitere Ablagerungen begünstigt und auch das unerwünschte Filmsieden durch den anwachsenden Spalt weiter verstärkt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche der Verdampferaufnahme, die an der Verdampferkörperoberfläche anliegt, eine Wandfläche der Verdampferaufnahme umfasst. Auch an der Wandfläche der Verdampferaufnahme, das heißt beispielsweise einer zu der Bodenfläche der Verdampferaufnahme im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Oberfläche der Verdampferaufnahme bei einer topfartig ausgebildeten Verdampferaufnahme, können die vorstehend genannten Problematiken von Ablagerungen und Filmsieden durch ein flächiges Verschweißen verringert werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Verdampferkörperoberfläche, die an der Oberfläche der Verdampferaufnahme anliegt, einen ersten Flächenbereich und einen zweiten Flächenbereich umfasst, wobei die Verdampferkörperoberfläche im ersten Flächenbereich beim flächigen Verschweißen stärker angeschmolzen wurde als die Verdampferkörperoberfläche im zweiten Flächenbereich. Durch das stärkere Anschmelzen beim flächigen Verschweißen in dem ersten Flächenbereich verglichen mit dem zweiten Flächenbereich, kann beispielsweise der Brennstofffluss im Inneren des porösen Verdampferkörpers beeinflusst werden. Das stärkere Anschmelzen in dem ersten Flächenbereich kann dort lokal eine Reduzierung der Porosität des porösen Verdampferkörpers im Bereich der ersten Oberfläche verglichen mit der Porosität des porösen Verdampferkörpers im Bereich der zweiten Oberfläche erreicht werden. Diese unterschiedlichen Porositäten können zu einer Verbesserung der Kraftstoffverteilung in dem porösen Verdampferkörper genutzt werden. Ein stärkeres Anschmelzen in dem ersten Flächenbereich verglichen mit dem zweiten Flächenbereich kann beispielsweise durch einen mehrstufigen und/oder einen mehrkreisigen Schweißprozess erreicht werden, wobei in den beiden Flächenbereichen unterschiedliche Entladungsströme auftreten.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der poröse Verdampferkörper kein Metalldraht-Gestrick umfasst.
Beschrieben wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Brennstoffverdampferbaugruppe eines brennstoffbetriebenen Heizgerätes. Das Verfahren umfasst ein Einlegen eines porösen Verdampferkörpers in eine Verdampferaufnahme, ein Pressen des porösen Verdampferkörpers gegen die Verdampferaufnahme, so dass eine Oberfläche der Verdampferaufnahme an einer Verdampferkörperoberfläche anliegt, und ein flächiges Verschweißen der an der Oberfläche der Verdampferaufnahme anliegenden Verdampferkörperoberfläche mit der Oberfläche der Verdampferaufnahme. Auf diese Weise können die im Zusammenhang mit der beschriebenen Brennstoffverdampferbaugruppe genannten Vorteile auch im Rahmen eines Verfahrens erreicht werden.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche der Verdampferaufnahme, die an der Verdampferkörperoberfläche anliegt, eine Bodenfläche der Verdampferaufnahme umfasst, wobei die Bodenfläche der Verdampferaufnahme mit der Verdampferkörperoberfläche flächig verschweißt wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche der Verdampferaufnahme, die an der Verdampferkörperoberfläche anliegt, eine Wandfläche der Verdampferaufnahme umfasst, wobei die Wandfläche der Verdampferaufnahme mit der Verdampferkörperoberfläche flächig verschweißt wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Verdampferkörperoberfläche, die an der Oberfläche der Verdampferaufnahme anliegt, einen ersten Flächenbereich und einen zweiten Flächenbereich umfasst, wobei die Verdampferkörperoberfläche im ersten Flächenbereich beim flächigen Verschweißen stärker angeschmolzen wird als im zweiten Flächenbereich.
Es kann vorgesehen sein, dass das Einlegen des porösen Verdampferkörpers in die Verdampferaufnahme ein loses Aufeinanderlegen von porösen Verdampferteilkörpern in die Verdampferaufnahme und/oder ein loses Aufeinanderschichten von metallischen Fasern in der Verdampferaufnahme umfasst. Auf diese Weise kann beispielsweise eine separate Herstellung des fertigen porösen Verdampferkörpers unabhängig von der Verdampferaufnahme eingespart werden. Modulartig können poröse Verdampferteilkörper verwendet werden. Eine Einschränkung durch vorgelagerte Herstellungsprozesse für den porösen Verdampferkörper kann vermieden werden.
Weiterhin kann auch im Rahmen des Herstellungsverfahrens vorgesehen sein, dass der poröse Verdampferkörper kein Metalldraht-Gestrick umfasst.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Schweißvorrichtung in die eine Verdampferaufnahme mit porösem Verdampferkörper eingelegt ist;
2 eine seitliche Schnittansicht einer Verdampferaufnahme mit einem porösen Verdampferkörper und Teilen einer Schweißvorrichtung;
3 eine weitere seitliche Schnittansicht einer Verdampferaufnahme mit porösem Verdampferkörper und Teilen einer Schweißvorrichtung;
4 eine dritte seitliche Schnittansicht einer Verdampferaufnahme mit einem porösen Verdampferkörper und Teilen einer Schweißvorrichtung;
5 eine vierte seitliche Schnittansicht einer Verdampferaufnahme mit einem porösen Verdampferkörper und Teilen einer Schweißvorrichtung;
6 eine Explosionsdarstellung einer Brennstoffverdampferbaugruppe; und
7 ein Flussdiagramm eines beschriebenen Verfahrens.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die in den Figuren erkennbaren Proportionen nur zur einfachen bildlichen Veranschaulichung gewählt wurden und nicht zwingend reale Größenverhältnisse widerspiegeln. Darüber hinaus sind in den Figuren regelmäßig auch Spalten zwischen aneinander anstoßenden Komponenten, das heißt sich berührenden Komponenten, dargestellt, um die einzelnen Komponenten möglichst einfach unterscheidbar darstellen zu können.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schweißvorrichtung, in die eine Verdampferaufnahme mit einem porösen Verdampferkörper eingelegt ist. Eine in 1 schematisch dargestellte Schweißvorrichtung 62 umfasst ein Presswerkzeug 30 und eine Anschlusselektrode 32 sowie eine Schweißelektronik 34. Das Presswerkzeug 30 und die Anschlusselektrode 32 dienen als elektrische Anschlüsse für eine Verdampferaufnahme 14 und einen porösen Verdampferkörper 12, die in der Schweißvorrichtung 62 flächig miteinander verschweißt werden. Die angedeutete Schweißelektronik 34 ist über elektrische Leitungen 36, 36' mit dem Presswerkzeug 30 und der Anschlusselektrode 32 verbunden. Das Presswerkzeug 30 ist dazu eingerichtet, in einer Pressrichtung 38 den porösen Verdampferkörper 12 in die Verdampferaufnahme 14 zu pressen, so dass eine Oberfläche der Verdampferaufnahme an einer Verdampferkörperoberfläche anliegt. Im zusammengepressten Zustand ist das Presswerkzeug 30 über den porösen Verdampferkörper 12 und die Verdampferaufnahme 14 elektrisch leitend mit der Anschlusselektrode 32 verbunden. Die in 1 dargestellten zwischenliegenden Spalten verschwinden. Die in einem Kondensator der Schweißelektronik 34 gespeicherte elektrische Ladung kann spontan durch das Schließen eines entsprechenden Schalters der Schweißelektronik 34 entladen werden, wobei kurzfristig ein Entladestrom zwischen dem Presswerkzeug 30, dem porösen Verdampferkörper 12, der Verdampferaufnahme 14 und der Anschlusselektrode 12 fließt. Der Entladestrom bewirkt eine starke Aufheizung insbesondere an der Kontaktfläche zwischen dem porösen Verdampferkörper 12 und der Verdampferaufnahme 14, so dass es dort zu einem kurzfristigen Aufschmelzen der anstehenden Materialien des porösen Verdampferkörpers 12 und/oder der Verdampferaufnahme 14 kommt. Beim Abkühlen erstarrt das anstehende Material und eine flächige stoffschlüssige Verschweißung zwischen der Verdampferaufnahme 14 und dem porösen Verdampferkörper 12 entsteht. Konstruktionsbedingt erfolgt innerhalb des porösen Verdampferkörpers 12 aufgrund des fließenden Entladestroms ebenfalls eine, wenn auch üblicherweise geringere, Erwärmung aufgrund des ohmschen Widerstandes innerhalb des porösen Verdampferkörpers 12. Diese Erwärmung kann auch innerhalb des porösen Verdampferkörpers 12 zur Ausbildung von oberflächlichen stoffschlüssigen Verbindungen von zuvor lose aneinander anliegenden Drähten und/oder Fasern innerhalb des porösen Verdampferkörpers 12 ausreichen. Dies kann die Steifigkeit des porösen Verdampferkörpers 12 dauerhaft erhöhen.
2 zeigt eine erste seitliche Schnittansicht einer Verdampferaufnahme mit einem porösen Verdampferkörper und Teilen einer Schweißvorrichtung. Die in 2 vergrößert dargestellte Verdampferaufnahme 14 ist topfartig ausgebildet und nimmt den porösen Verdampferkörper 12 auf. Oberhalb und unterhalb der Verdampferaufnahme 14 sind die aus 1 bekannte Anschlusselektrode 32 und das Presswerkzeug 30 dargestellt. Der poröse Verdampferkörper 12 weist eine Verdampferkörperoberfläche 18 auf, die gegen eine Oberfläche 16 der Verdampferaufnahme 14 gepresst wird, wenn das Presswerkzeug 30, wie in 2 angedeutet, in Richtung der Verdampferaufnahme 14 gefahren wird. Gleichzeitig wird auch die Anschlusselektrode 32 vorzugsweise auf der dem Presswerkzeug 30 gegenüberliegenden Seite der Verdampferaufnahme 14 elektrisch leitend in Kontakt mit der Verdampferaufnahme 14 gebracht. Dies ist ebenfalls durch Pfeile angedeutet. Das Presswerkzeug 30 kann eine Strukturierung oder Segmentierung aufweisen, wie sie in 2 angedeutet ist und die voneinander getrennte Schweißkreise ermöglicht. Das Presswerkzeug 30 kann ein elektrisch leitendes Kernsegment 44 und ein elektrisch leitendes Mantelsegment 46 umfassen, wobei das Kernsegment 44 durch eine Kernisolation 42 elektrisch gegenüber dem Mantelsegment 46 isoliert sein kann. Das Presswerkzeug 30 kann weiterhin eine elektrisch isolierende Mantelisolation 40 aufweisen, die eine direkte elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Presswerkzeug 30 und der Verdampferaufnahme 14 verhindert. Die Abmessungen des Presswerkzeugs 30 können auch so gewählt werden, dass eine direkte elektrische Kontaktierung zwischen dem Presswerkzeug 30 und der Verdampferaufnahme 14 unter Umgehung des porösen Verdampferkörpers 12 auch während eines Einpressens des porösen Verdampferkörpers 12 in die Verdampferaufnahme 14 ausgeschlossen ist. Die Mantelisolation 40 ist in diesem Fall lediglich optional. Das Einpressen des porösen Verdampferkörpers 12 in die Verdampferaufnahme 14 kann mit einer Kraft erfolgen, die keine plastische Deformation des porösen Verdampferkörpers 12 bewirkt. Beispielsweise kann das Presswerkzweug 30 mit Druckluft bewegt werden, wobei ein Druckniveau von beispielsweise 3 bar bei einem Durchmesser des Presswerkzeugs 30 von nicht ganz 40 mm, vorzugweise zwischen 36 und 38 mm, genutzt werden kann. Hiervon deutlich abweichende Druckniveaus können in Abhängigkeit des verwendeten Materials und/oder der Größe des Presswerkzeugs 30 verwendet werden. Das Kernsegment 44 kann beispielsweise eine Kreisfläche als Einpressfläche bereitstellen. Das Mantelsegment 46 kann beispielsweise als Einpressfläche einen Kreisring bestimmter Breite bereitstellen.
Durch die Kernisolation 42 können an dem Presswerkzeug 30 zwei voneinander getrennte Schweißkreise gebildet werden, die gleichzeitig oder zeitlich nacheinander zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung in verschiedenen Bereichen zwischen dem porösen Verdampferkörper 12 und der Verdampferaufnahme 14 genutzt werden. Dies wird im Zusammenhang mit 4 noch näher erläutert. Neben der erwähnten Strukturierung/Segmentierung des Presswerkzeugs 30 in zwei voneinander getrennte Schweißkreise, die einen inneren Kreis und einen äußeren Ring bildet, kann auch eine weitere Strukturierung/Segmentierung des Presswerkzeugs 30 in mehr als zwei Bereiche vorgesehen sein.
3 zeigt eine zweite seitliche Schnittansicht einer Verdampferaufnahme mit einem porösen Verdampferkörper und Teilen einer Schweißvorrichtung. Bei der in 3 dargestellten seitlichen Schnittansicht hat das Presswerkzeug 30 den porösen Verdampferkörper in die Verdampferaufnahme 14 gepresst. Dabei ist der poröse Verdampferkörper 12 mechanisch derart verformt, dass er einerseits an der Bodenfläche 20 der Verdampferaufnahme 14 und andererseits auch an einer Wandfläche 22 der Verdampferaufnahme 14 anliegt. Überschüssiges Material des porösen Verdampferkörpers 12 kann dabei in Form einer umlaufenden "Aufwölbung" zwischen dem Presswerkzeug 30 und der Verdampferaufnahme 14 hervortreten. Neben der Anschlusselektrode 32, die aufgrund der sich ausbildenden elektrischen Potentiallinien zwischen dem porösen Verdampferkörper 12 und der Verdampferaufnahme 14 ein flächiges Verschweißen des porösen Verdampferkörpers 12 an der Bodenfläche 20 erlauben kann, kann auch eine weitere Anschlusselektrode 32' vorgesehen sein. Die weitere Anschlusselektrode 32' kann die Ausbildung anderer elektrischer Potentiallinien zwischen dem porösen Verdampferkörper 12 und der Verdampferaufnahme 14 erlauben, die dann auch ein flächiges Verschweißen des porösen Verdampferkörpers 12 mit der Wandfläche 22 der Verdampferaufnahme 14 ermöglichen können. Ähnlich wie die Strukturierung des Presswerkzeugs 30, die voneinander getrennte Schweißkreise ermöglicht, können auch die Elektrode 32 und die weitere Elektrode 32' voneinander getrennte Schweißkreise, das heißt ein zeitlich versetztes flächiges Anschweißen des porösen Verdampferkörpers 12 an der Bodenfläche 20 und an der Wandfläche 22 erlauben. Die beiden Schweißkreise können mit verschiedenen elektrischen Entladeströmen gleichzeitig oder zeitlich versetzt betrieben werden.
4 zeigt eine dritte seitliche Schnittansicht einer Verdampferaufnahme mit einem porösen Verdampferkörper und Teilen einer Schweißvorrichtung. Im Gegensatz zu 3 ist bei 4 zwischen der Verdampferaufnahme 14 und dem porösen Verdampferkörper 12 auch im durch das Presswerkzeug 30 angepressten Zustand im Randbereich ein nicht maßstabsgetreu dargestellter geringer Spalt vorhanden. Das Presswerkzeug 30 weist die aus 2 bereits bekannte Kernisolation 42 auf, die unterschiedliche Schweißkreise realisieren kann. Die Elektrode 32 kann, muss jedoch nicht, entsprechend strukturiert ausgeführt sein. Die Strukturierung des Presswerkzeugs 30 durch die Kernisolation 42 bildet, aufgrund der sich ausbildenden Potentiallinien zwischen dem Presswerkzeug 30 und der Elektrode 32, einen ersten Flächenbereich 24 und einen zweiten Flächenbereich 26 der Verdampferkörperoberfläche 18, die flächig mit der Bodenfläche 20 der Verdampferaufnahme 14 verschweißt wird. Dies ist durch die punktierte Linierung ausgehend von der Kernisolation 42 in Richtung auf die Elektrode 32 angedeutet. Wenn verschiedene Entladungsströme genutzt werden, kann ein unterschiedlich starkes, die Porosität des porösen Verdampferkörpers 12 lokal beeinflussendes Aufschmelzen bei der Etablierung der stoffschlüssigen Verbindung erreicht werden.
5 zeigt eine vierte seitliche Schnittansicht einer Verdampferaufnahme mit einem porösen Verdampferkörper und Teilen einer Schweißvorrichtung. Die in 5 dargestellte seitliche Schnittansicht entspricht in weiten Teilen der im Zusammenhang mit 4 bereits bekannten seitlichen Schnittansicht. Allerdings weist der dargestellte poröse Verdampferkörper 12 in 5, abweichend von dem aus 4 bekannten, eine Abschrägung 52 und ein zentrales Plateau 54 auf. Die Höhe des porösen Verdampferkörpers 12 ist dementsprechend nicht konstant. Das Presswerkzeug 30 weist eine der Abschrägung 52 und dem zentralen Plateau 54 entsprechende Ausgestaltung auf. Zu diesem Zweck umfasst das Presswerkzeug 30 neben der Kernisolation 42 eine weitere Kernisolation 48, die das Kernsegment 44 elektrisch gegenüber einem Kernmantelsegment 50 isoliert, welches seinerseits über die Kernisolation 42 gegenüber dem Mantelsegment 46 elektrisch isoliert ist. Bei dem in 5 dargestellten strukturierten Presswerkzeug 30 werden dementsprechend drei voneinander unabhängig betreibbare Schweißkreise realisiert. Das Kernmantelsegment 50 umfasst eine der Abschrägung 52 entsprechende Abschrägung, so dass auf der Oberfläche des porösen Verdampferkörpers 12 ein gleichmäßiger Anpressdruck beim Einpressen des porösen Verdampferkörpers 12 in die Verdampferaufnahme 14 realisiert ist. Die variable Oberfläche des porösen Verdampferkörpers 12 kann in einem separaten Presswerkzeug bei der Herstellung des porösen Verdampferkörpers 12 realisiert werden. Denkbar ist auch, dass das in 5 dargestellte Presswerkzeug 30 aufgrund seiner Strukturierung die Abschrägung 52 und das Plateau 54 beim Anpressen des porösen Verdampferkörpers 12 gegen die Verdampferaufnahme 14 erzeugt. Die Abschrägung 52 kann gegenüber der Bodenfläche 20 zwischen 5 und 45 Grad geneigt sein. Vorzugsweise ist die Abschrägung 52 um etwa 30 Grad geneigt. Durch eine entsprechende Anpassung des Entladestroms in den verschiedenen, durch das Presswerkzeug 30 realisierten, voneinander unabhängigen Schweißkreisen kann eine gleichmäßige flächige Verschweißung des porösen Verdampferkörpers 12 an der gesamten an der Bodenfläche 20 anliegenden Verdampferkörperoberfläche 18 realisiert werden. Eine entsprechende Anpassung der Entladeströme kann beispielsweise aufgrund der verschiedenen ohmschen Widerstände notwendig sein, die aus den unterschiedlichen Höhen des porösen Verdampferkörpers in verschiedenen Bereichen resultiert. Neben dem Entladestrom ist der durch das Presswerkzeug 30 ausgeübte Einpressdruck ein möglicher Freiheitsgrad, der ebenfalls die Güte der flächigen Verschweißung zwischen dem porösen Verdampferkörper 12 und der Verdampferaufnahme 14 beeinflusst.
Neben der in den 2 bis 5 dargestellten Strukturierung des Presswerkzeugs 30 können auch mehrere verschieden ausgeführte Presswerkzeugteile vorgesehen sein, die gemeinsam ein Presswerkzeug bilden. Einzelne Presswerkzeugteile, können dann nacheinander zum Einpressen verwendet werden, wobei verschiedene Presswerkzeugteile ein flächiges Verschweißen in verschiedenen Flächenbereichen erlauben können.
6 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Brennstoffverdampferbaugruppe 10. Die Brennstoffverdampferbaugruppe 10 ist, wie in der Figur angedeutet, Bestandteil eines symbolhaft dargestellten brennstoffbetriebenen Heizgerätes 28. Das brennstoffbetriebene Heizgerät 28 ist der Einfachheit halber lediglich als die Brennstoffverdampferbaugruppe 10 umfassendes Rechteck dargestellt. In 6 dargestellt ist die Verdampferbaugruppe 14 mit der Bodenfläche 20 und der Wandfläche 22. Die Verdampferbaugruppe 14 weist in der Bodenfläche 20 weiterhin einen nicht näher bezeichneten Kraftstoffeinlass auf, über den von einer Brennstoffleitung 56 der Verdampferaufnahme 14 zugeführter Brennstoff während des Betriebs des brennstoffbetriebenen Heizgerätes 28 in den porösen Verdampferkörper 12 übertreten kann. Der in der Verdampferaufnahme 14 eingelegte poröse Verdampferkörper 12 kann optional von einer Abdeckung 58 in der Verdampferaufnahme 14 abgedeckt sein. Die Abdeckung 58 ist selbstverständlich für flüssigen/gasförmigen Brennstoff hochdurchlässig, kann allerdings aus dem porösen Verdampferkörper 12 austretende Teile, beispielsweise lose Faserbruchstücke, zurückhalten. Die Abdeckung 58 ist optional und kann entfallen. Der poröse Verdampferkörper 12 kann, je nach Bedarf, zusätzlich durch einen Haltering 60 in der Verdampferaufnahme 14 mechanisch gesichert sein. Der Haltering 60 kann entfallen, insbesondere wenn die flächige Verschweißung des porösen Verdampferkörpers 12 mit der Verdampferaufnahme 14 eine ausreichende mechanische Fixierung sicherstellt. Durch das Entfallen des Halterings 60 kann die zur Kraftstoffverdampfung zur Verfügung stehende Oberfläche des porösen Verdampferkörpers 12 bei gleichen Abmessungen der Verdampferbaugruppe 10 vergrößert werden. Auf diese Weise kann die Verdampferleistung erhöht werden. Alternativ kann auch die bauliche Abmessung der Verdampferbaugruppe 10 insgesamt reduziert werden und trotzdem eine gleichbleibend große Verdampferleistung realisiert sein. Der Randbereich des porösen Verdampferkörpers 12 nahe der Wandoberfläche 22 kann bei Bedarf in einem separatem Arbeitsschritt zunächst verdichtet und anschließend beispielsweise mit Hilfe eines Laserschweißverfahrens mit der Verdampferaufnahme 14 verschweißt werden. Auf diese Weise kann gegebenenfalls ebenfalls auf den Haltering 60 verzichtet werden. Die Verdichtung des porösen Verdampferkörpers 12 im Randbereich kann beispielsweise von 4 mm auf 1,5 mm erfolgen, wobei bei einem Durchmesser von etwa 40 mm des porösen Verdampferkörpers die äußeren 2 bis 3 mm verdichtet werden. Dies kann in etwa der Breite des Halterings 60 entsprechen.
7 zeigt ein Flussdiagramm des beschriebenen Verfahrens. Das beschriebene Verfahren 100 beginnt mit dem Einlegen des porösen Verdampferkörpers 12 in die Verdampferaufnahme 14. Das Einlegen des porösen Verdampferkörpers 12 kann auch das lose Aufeinanderlegen einzelner den porösen Verdampferkörper 12 bildender poröser Verdampferteilkörper und/oder das lose Aufeinanderschichten von metallischen Fasern umfassen. Anschließend erfolgt ein Pressen 104 des porösen Verdampferkörpers 12 gegen die Verdampferaufnahme 14, so dass die Oberfläche 16 der Verdampferaufnahme 14 an der Verdampferkörperoberfläche 18 anliegt. Im Anschluss daran erfolgt ein flächiges Verschweißen 106 der an der Oberfläche 16 der Verdampferaufnahme 14 anliegenden Verdampferkörperoberfläche 18 mit der Oberfläche 16 der Verdampferaufnahme 14. Das Verschweißen 106 kann, wenn das verwendete Presswerkzeug 30 entsprechend strukturiert ist, beispielsweise die Möglichkeit von mindestens zwei voneinander getrennten Schweißkreisen bietet, zwei voneinander getrennte Flächenbereiche der Oberfläche 16 erzeugen, in denen die Verdampferkörperoberfläche 18 verschieden stark während des Verschweißens angeschmolzen wird. Während des flächigen Verschweißens der Verdampferkörperoberfläche 18 mit der Verdampferaufnahme 14 können auch zusätzliche stoffschlüssige Verbindungen im Inneren des porösen Verdampferkörpers 12 ausgebildet werden, beispielsweise zwischen lose eingelegten porösen Verdampferteilkörpern und/oder lose aufeinandergeschichteten metallischen Fasern.
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.
Bezugszeichenliste

10: Brennstoffverdampferbaugruppe
12: poröser Verdampferkörper
14: Verdampferaufnahme
16: Oberfläche
18: Verdampferkörperoberfläche
20: Bodenfläche
22: Wandfläche
24: erster Flächenbereich
26: zweiter Flächenbereich
28: brennstoffbetriebenes Heizgerät
30: Presswerkzeug
32: Anschlusselektrode
32': weitere Anschlusselektrode
34: Schweißelektronik
36: elektrische Leitung
36': elektrische Leitung
38: Pressrichtung
40: Mantelisolation
42: Kernisolation
44: Kernsegment
46: Mantelsegment
48: weitere Kernisolation
50: Kernmantelsegment
52: Abschrägung
54: Plateau
56: Brennstoffleitung
58: Abdeckung
60: Haltering
62: Schweißvorrichtung
100: Verfahren
102: Einlegen
104: Pressen
106: Verschweißen

Claims

Brennstoffverdampferbaugruppe (10) eines brennstoffbetriebenen Heizgerätes (28), mit – einem porösen Verdampferkörper (12) und einer Verdampferaufnahme (14), – wobei eine Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14) an einer Verdampferkörperoberfläche (18) anliegt, und – wobei die Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14) mit der Verdampferkörperoberfläche (18) flächig verschweißt ist.
Brennstoffverdampferbaugruppe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14), die an der Verdampferkörperoberfläche (18) anliegt, eine Bodenfläche (20) der Verdampferaufnahme (14) umfasst.
Brennstoffverdampferbaugruppe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14), die an der Verdampferkörperoberfläche (18) anliegt, eine Wandfläche (22) der Verdampferaufnahme (14) umfasst.
Brennstoffverdampferbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferkörperoberfläche (18), die an der Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14) anliegt, einen ersten Flächenbereich (24) und einen zweiten Flächenbereich (26) umfasst, wobei die Verdampferkörperoberfläche (18) im ersten Flächenbereich (24) beim flächigen Verschweißen stärker angeschmolzen wurde als die Verdampferkörperoberfläche (18) im zweiten Flächenbereich (26).
Brennstoffverdampferbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Verdampferkörper (12) kein Metalldraht-Gestrick umfasst.
Brennstoffbetriebenes Heizgerät (28) umfassend eine Brennstoffverdampferbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffverdampferbaugruppe (10) eines brennstoffbetriebenen Heizgerätes (28), wobei die Brennstoffverdampferbaugruppe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist, umfassend: – ein Einlegen eines porösen Verdampferkörpers (12) in eine Verdampferaufnahme (14); – ein Pressen des porösen Verdampferkörpers (12) gegen die Verdampferaufnahme (14), so dass eine Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14) an einer Verdampferkörperoberfläche (18) anliegt; und – ein flächiges Verschweißen der an der Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14) anliegenden Verdampferkörperoberfläche (18) mit der Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14), die an der Verdampferkörperoberfläche (18) anliegt, eine Bodenfläche (20) der Verdampferaufnahme (14) umfasst, wobei die Bodenfläche (20) der Verdampferaufnahme (14) mit der Verdampferkörperoberfläche (18) flächig verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14), die an der Verdampferkörperoberfläche (18) anliegt, eine Wandfläche (22) der Verdampferaufnahme (14) umfasst, wobei die Wandfläche (22) der Verdampferaufnahme (14) mit der Verdampferkörperoberfläche (18) flächig verschweißt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferkörperoberfläche (18), die an der Oberfläche (16) der Verdampferaufnahme (14) anliegt, einen ersten Flächenbereich (24) und einen zweiten Flächenbereich (26) umfasst, wobei die Verdampferkörperoberfläche (18) im ersten Flächenbereich (24) beim flächigen Verschweißen stärker angeschmolzen wird als im zweiten Flächenbereich (26).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegen des porösen Verdampferkörpers (12) in die Verdampferaufnahme (14) ein loses Aufeinanderlegen von porösen Verdampferteilkörpern in die Verdampferaufnahme (14) und/oder ein loses Aufeinanderschichten von metallischen Fasern in der Verdampferaufnahme (14) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Verdampferkörper (12) kein Metalldraht-Gestrick umfasst.