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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Heizgerät,
insbesondere für
mobile Anwendungen, mit einer Düse,
einem die Düse
tragenden Düsenstock,
einer Zuleitung zum Zuführen
von Brennstoff zu der Düse,
einer Pumpe zum Erzeugen von Druck in der Zuleitung und mindestens
einem Ventil zum Begrenzen des Drucks an der Düse. Ferner betrifft die Erfindung
die Verwendung eines derartigen Heizgerätes in einem Fahrzeug, insbesondere
einem Kraftfahrzeug.
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Heizgeräte für mobile
Anwendungen werden beispielsweise als Zusatz-Wasserheizgeräte bei Fahrzeugen, wie Personenwagen,
Nutzfahrzeugen, Bussen, Eisenbahnwagons oder Schiften, eingebaut. Sie
dienen in der Regel zum Beheizen eines Fahrgastraumes oder zum Vorwärmen des
Kühlwassers eines
Verbrennungsmotors des Fahrzeugs.
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Neben
Heizgeräten
für mobile
Anwendungen sind auch Geräte
für einen
stationären
Einsatz, beispielsweise in der Gebäudeheiztechnik bekannt.
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Bei
Heizgeräten
der oben genannten Art, wie beispielsweise Stand- und Zuheizern,
wird Brennstoff mittels einer Düse
in eine Brennkammer eingesprüht, in
der der Brennstoff nachfolgend verbrannt wird. Zur Zufuhr von Brennstoff
werden eine Pumpe und in der Regel mehrere Ventile verwendet, mittels
denen gezielt Brennstoff durch eine Zuleitung hindurch zur Düse gefördert werden
kann.
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Bekannte
Heizgeräte
sind aus einzelnen Baugruppen, wie beispielsweise Pumpe, Druckregelventil,
Zuschaltventil, Düsenstock
und Düsenstockvorwärmung zusammengebaut.
So ist aus
DE 35 36 170
A1 , aus
DE
35 36 153 C2 und
DE
35 36 143 C2 jeweils ein Heizgerät mit einem Zerstäuberbrenner bekannt,
bei dem eine Zerstäuberdüse mit einem
sie tragenden Düsenstock,
eine Brennstoffpumpe, ein vorgeschalteter Filter und ein nachgeschaltetes
Magnetventil zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Die Baueinheit
ist an einem Flansch befestigbar, der in ein Gehäuseteil des Heizgerätes eingesetzt
wird.
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Aus
DE 195 34 866 C2 und
aus
DE 94 20 677 U1 sind
Zerstäuberbrenner
für flüssigen Brennstoff
für ein
Heizgerät
bekannt, bei denen ein Düsenstock
eine Zerstäuberdüse trägt zu der
von einer Brennstoffpumpe Brennstoff durch eine Leitung gefördert wird.
Ein Brennergehäuse
weist eine radiale Trägerplatte
für den
Düsenstock
und die Brennstoffpumpe auf. Die radiale Trägerplatte ist als Brennstoffpumpengehäuse ausgebildet
und besitzt einen zentralen Sockel, in dem ein Räderpaket der Brennstoffpumpe
angeordnet ist.
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Aus
DE 101 63 139 C1 ist
ein Heizgerät
mit einem Zerstäuberbrenner
bekannt, bei dem ein Elektromotor und eine Pumpe eine Baueinheit
bilden.
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An
den oben beschriebenen, bekannten Heizgeräten ist nachteilig, dass zwar
unterschiedliche Baugruppen vormontiert werden können, diese Baugruppen aber
dennoch ein verhältnismäßig großes Volumen
aufweisen, so dass die zugehörigen Leitungswege
ebenfalls großvolumig
sind.
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Darüber hinaus
haben die Heizgeräte
den Nachteil, dass die einzelnen Bauteile der unterschiedlichen
Baugruppen speziell an die Bauteilpaarung angepasst sein müssen und
daher nur sehr begrenzt Bauteile aus großen, kostengünstigen
Serien entnommen werden können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der oben
genannten Art derart zu verbessern, dass es im Vergleich zu bekannten
Heizgeräten
wirtschaftlicher herstellbar ist und zugleich die Förderung
von Brennstoff zu der zugehörigen
Düse genauer
dosiert werden kann.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
Heizgerät
der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem der Düsenstock
als zentrales Bauelement ausgebildet ist, in oder an dem die Zuleitung,
die Pumpe und das mindestens eine Ventil integriert ausgebildet
sind. Die Aufgabe ist ferner durch Verwendung eines derartigen erfindungsgemäßen Heizgerätes in einem
Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, gelöst.
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Erfindungsgemäß sind sämtliche
der für
die Druckerzeugung und Drucksteuerung erforderlichen Elemente in
nur einem einzigen Bauteil, nämlich
dem Düsenstock,
integriert.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile umfassen, dass durch die hohe
Funktionsintegration statt einer Vielzahl von Bauteilen und Baugruppen nur
eine einzige Baueinheit vormontiert und als solche in das Heizgerät oder den
zugehörigen
Brenner eingebaut werden muss. Damit reduzieren sich die Aufwendungen
für Lagerhaltung
und Montage. Darüber
hinaus kann die Baueinheit, also der erfindungsgemäße Düsenstock
mit den daran und darin integrierten Bauteilen, insgesamt einer
Funktionsprüfung unterzogen
werden, so dass erfindungsgemäß auch Prüfkosten
verringert werden können.
Ferner sind erfindungsgemäß die Masse und
das Volumen der Baueinheit besonders gering. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Düsenstock
aus einem handelsüblichen
Rung- bzw. Stangenmaterial kostengünstig hergestellt werden.
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Ein
weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung liegt darin, dass in dem
Düsenstock
neben der Pumpe zugleich auf engstem Raum die Zuleitung von der Pumpe
zur Düse
zum Zuführen
von Brennstoff integriert ist. Die derart ausgebildete Zuleitung
weist ein besonders geringes Volumen auf, wodurch erfindungsgemäß eine besonders
präzise
Brennstoffdosierung möglich
ist. Das Volumen im Druckbereich der Pumpe ist erfindungsgemäß daher
besonders gering, wodurch ein schneller Druckauf- und -abbau an
der Düse
möglich
ist.
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Neben
der hydraulischen Integration der Bauteile zu einer Baueinheit in
oder an dem Düsenstock,
ist erfindungsgemäß auch die
elektrische Verbindung bzw. Verkabelung zwischen den Bauteilen, beispielsweise
zwischen einer Steuerung, der Pumpe und/oder einem Magnetventil,
mit besonders kurzen Leitungen und daher besonders kostengünstig zu
gestalten.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an der Zuleitung
ein Sperrventil zum wahlweisen Verschließen der Zuleitung und eine
von der Zuleitung abzweigende Rückleitung
mit oder ohne einem daran angeordneten Druckbegrenzungsventil ausgebildet,
und das Sperrventil, die Rückleitung
und/oder das Druckbegrenzungsventil sind in oder an dem Düsenstock
integriert ausgebildet. Mit dieser hydraulischen Schaltungsanordnung
kann aufgrund der realisierten besonders kurzen und geringvolumigen
Leitungswege eine hohe Dosiergenauigkeit des Brennstoffs an der
Düse erreicht werden.
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Bei
dieser Weiterbildung ist die Rückleitung vorteilhaft
direkt zur Saugseite der Pumpe rückgeführt und
insbesondere die Rückleitung
vollständig
in dem Düsen stock
integriert ausgebildet. Durch eine derartige Ausgestaltung entfällt eine
Rückleitung
zu einem Tank, wie sie bisher bei bekannten Heizgeräten üblich war.
Die Pumpe kann in einem so genannten "Einstrangbetrieb" fördern,
indem der überförderte Brennstoff
direkt der Pumpensaugseite zugeführt wird.
Alternativ kann aber auch eine Rücklaufleitung bis
zu einem Tank ("Zweistrangbetrieb") vorgesehen sein.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist die Pumpe über eine
Kupplung mit einem Motor verbunden und die Kupplung ebenfalls in
oder an dem Düsenstock
integriert ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass durch eine entsprechende
Auswahl bzw. Anpassung der zugehörigen
Welle eines Motors auf eine Kupplung zwischen Motor und Pumpe ganz
verzichtet werden kann.
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Zum
Antreiben der Pumpe ist vorteilhaft ein Motor vorgesehen, der mit
dem Düsenstock
verbunden und insbesondere mittels einer Motortraverse auf besonders
einfache und kostengünstige
Weise an einem Gehäuse
des Heizgerätes
gehaltert sein kann.
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Darüber hinaus
kann die Erfindung vorteilhaft weitergebildet sein, indem eine Einrichtung
zum Vorwärmen
des Brennstoffs in oder an der Zuleitung oder der Düse vorgesehen
ist, die ebenfalls in oder an dem Düsenstock integriert ausgebildet
ist.
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Die
erfindungsgemäße Integration
von hydraulischen Bauteilen in einem Düsenstock eines Brenners kann
ferner besonders raumsparend gestaltet sein, indem die Pumpe als
innen- oder außenverzahnte
Zahnradpumpe ausgebildet ist.
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Darüber hinaus
eignet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung
eines Düsenstockes
insbesondere für
eine Düse,
die als Zerstäuberdüse ausgebildet
ist.
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Neben
oder alternativ zu den oben genannten Weiterbildungen der Erfindung
und auch unabhängig
von den im Anspruch 1 genannten besonderen Merkmalen der oben beschriebenen
Erfindung ist vorteilhaft die Pumpe eines eingangs beschriebenen Heizgerätes mit
einem Pumpendeckel versehen, der insbesondere in dem Düsenstock
integriert ausgebildet ist.
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Der
Pumpendeckel ist dabei besonders vorteilhaft mit mindestens zwei
Hohlschrauben befestigt, durch die hindurch eine Brennstoffzu- und
-abfuhr realisiert ist. Die Hohlschrauben übernehmen auf diese Weise die
beiden Funktionen Befestigen des Pumpendeckels und Leiten von Brennstoff.
Alternativ können
Vollmaterial-Schrauben verwendet werden, deren Gewindestifte außerhalb
von Kanälen
im Düsenstock
eingesetzt sind.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Heizgerätes anhand
der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine hydraulische Schaltungsanordnung
an einem Druckzerstäuberbrenner
für ein
Heizgerät
gemäß der Erfindung,
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2 einen Längsschnitt
eines erfindungsgemäßen Düsenstocks
mit den darin integrierten Bauteilen, und
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3 ein Detail der 2.
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Detaillierte
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist die hydraulische Schaltungsanordnung
für die
Brennstoffzuführung
eines weiter nicht veranschaulichten erfindungsgemäßen Heizgerätes dargestellt.
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Eine
Pumpe 10 saugt durch eine Ansaugleitung 12 flüssigen Brennstoff
aus einem Tank 14 und fördert
ihn in eine Brennstoffzuleitung 16. An der Brennstoffzuleitung 16 ist
stromabwärts
von einer Abzweigung 18 einer Brennstoffrückleitung 20 ein Sperrventil 22 angeordnet.
Stromabwärts
von diesem Sperrventil 22 befindet sich eine Düse 24.
In der Brennstoffrückleitung 20,
die unmittelbar zurück
zur Saugseite der Pumpe 10 bzw. zur Ansaugleitung 12 führt, befindet
sich ein Druckbegrenzungsventil 26.
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Bei
eingeschalteter Pumpe 10 und Offen-Schaltstellung des Sperrventils 22 wird
Brennstoff bzw. ein Brennstoffmassenstrom gemäß dem über das Druckbegrenzungsventil 26 eingestellten Druck
durch die Düse 24 gefördert.
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Brennstoff,
der aufgrund des Strömungswiderstandes
der Düse 24 nicht
ausgesprüht
werden kann, strömt
indessen in die Brennstoffrückleitung 20 ab.
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Sobald
das Sperrventil 22 in seine Sperr-Schaltstellung bewegt
ist, verschließt
es die Brennstoffzuleitung 16. Nun fließt der gesamte geförderte Brennstoff
durch das Druckbegrenzungsventil 26 in der Brennstoffrückleitung 20 zurück zur Saugseite
der Pumpe 10.
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Der
Brennstoffaustritt an der Düse 24 kann auf
diese Weise auch kurzfristig verringert bzw. gestoppt werden. Zugleich
ist der Druck des an der Düse 24 austretenden
Brennstoffs und damit der Brennstoffmassenstrom aus der Düse 24 während des
Betriebs stets gleich.
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In 2 ist die in 1 schematisch dargestellte
Brennstoffzuführung
in einer perspektivischen Ansicht gezeigt.
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Die
Düse 24 ist
als Drehteil ausgebildet und in eine Stirnseite eines im Wesentlichen
kreiszylindrischen Düsenstocks 28 fluiddicht
eingeschraubt, der sich entlang einer Längsachse 30 erstreckt.
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In
dem Düsenstock 28 sind
sowohl die Pumpe 10 als auch die Brennstoffzuleitung 16 und
die Brennstoffrückleitung 20 in
Gestalt von Bohrungen ausgebildet. Ferner sind in bzw. an dem Düsenstock 28 das
Sperrventil 22 und das Druckbegrenzungsventil 26 integriert,
indem diese Bauteile in Radialbohrungen am Düsenstock 28 eingeschraubt
sind.
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Das
Sperrventil 22 ist als Elektromagnetventil gestaltet, dessen
Magnetbetätigungsabschnitt
aus dem Düsenstock 28 herausragt.
Das Druckbegrenzungsventil 26 ist als ein federbelastetes Überdruckventil
ausgebildet, das vollständig
in den Düsenstock 28 eingelassen
ist.
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An
der der Düse 24 gegenüberliegenden Stirnseite
des Düsenstocks 28 ist
in diesen eine großvolumige
Vertiefung eingearbeitet, in der die Pumpe 10 unmittelbar
eingesetzt ist.
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Der
Düsenstock 28 ist
im Bereich dieser Stirnseite von einem Gehäuse 32 des Heizgerätes umgeben,
wobei der Düsenstock 28 eine
zentrale Öffnung 34 in
einem scheibenförmigen
Abschnitt des Gehäuses 32 durchsetzt.
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Die
Pumpe 10 ist als Zahnradpumpe gestaltet und weist eine
Antriebswelle 36 auf, die über eine Kupplung 38 mit
einem Motor 40 drehfest verbunden ist. Der Motor 40 ist
ein Standardkaufteil, das über eine
Motortraverse 42 und Schrauben 44 mit dem Gehäuse 32 verschraubt
ist.
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Wie
insbesondere in 3 zu
sehen ist, ragt die Antriebswelle 36 der Pumpe 10 durch
einen Pumpendeckel 46, der in die oben genannte Vertiefung
im Düsenstock 28 eingesetzt
ist und diese nach außen hin
fluiddicht verschließt.
Gegenüber
dem Düsenstock 28 ist
der Pumpendeckel 46 mit einem Rundring radial abgedichtet.
Der Pumpendeckel 46 ist ferner mit insgesamt drei Hohlschrauben 48 am
Düsenstock 28 befestigt,
wobei mindestens zwei der Hohlschrauben 48 darin ausge bildete
Kanäle
aufweisen, die für
die Zu- und Abfuhr von Brennstoff zur Pumpe 10 genutzt
werden können.
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Der
Düsenstock 28 dient
als zentrales Bauelement der Brennstoffzuführung und vereinigt in sich sämtliche
Bauteile für
die Brennstoffdruckerzeugung und Drucksteuerung bzw. -regelung.
In bzw. an dem Düsenstock 28 sind
dazu die Pumpe 10, die Brennstoffzuleitung 16,
die Brennstoffrückleitung 20 mit
der zugehörigen
Abzweigung 18, das Sperrventil 22, die Düse 24 und
das Druckbegrenzungsventil 26 integriert. Der Düsenstock 28 kann
damit als zentrales Bauelement in besonders einfacher und kostengünstiger
Weise hergestellt und mit seinen zugehörigen Bauteilen vormontiert
werden.
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Darüber hinaus
ist mit dem Düsenstock 28 eine
Leitungsanordnung geschaffen, die auf der Druckseite der Pumpe 10 ein
besonders geringes Volumen aufweist. Aus diesem Grund kann mit dem
Düsenstock 28 und
der zugehörigen
Pumpe/Düse-Anordnung
der Brennstoffdruck und Brennstoffmassenstrom besonders reaktionsschnell
dosiert werden.
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Abschließend sei
angemerkt, dass sämtlichen
Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den
abhängigen
Ansprüchen genannt
sind, trotz dem vorgenommenen formalen Rückbezug auf einen oder mehrere
bestimmte Ansprüche,
auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz
zukommen soll.
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- 10
- Pumpe
- 12
- Ansaugleitung
- 14
- Tank
- 16
- Brennstoffzuleitung
- 18
- Abzweigung
- 20
- Brennstoffrückleitung
- 22
- Sperrventil
- 24
- Düse
- 26
- Druckbegrenzungsventil
- 28
- Düsenstock
- 30
- Längsachse
- 32
- Gehäuse
- 34
- Öffnung
- 36
- Antriebswelle
- 38
- Kupplung
- 40
- Motor
- 42
- Motortraverse
- 44
- Schraube
- 46
- Pumpendeckel
- 48
- Hohlschraube