DE19521213A1 - Motor für Kraftfahrzeuge mit Heizvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Ein derartiger Motor ist in der älteren nicht vorveröffentlichten DE 44 20 841 A beschrieben. Die dort beschriebene Heizvorrichtung ermög­ licht es, mit einfachen Mitteln und geringem Aufwand mit vom Verbren­ nungsmotor selber abgeleiteter Rotationsenergie das Kühlmittel des Motors sehr schnell aufzuheizen, so daß zum einen die üblicherweise mit der Motorwärme durchgeführte Beheizung des Fahrgastraumes in voller Funk­ tion ist. Zum anderen wird hierdurch die Erwärmung des Motors beschleu­ nigt, wodurch der im kalten Betrieb hohe Verschleiß reduziert wird. Die Heizvorrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß sie in dem Ge­ häuse einen geschlossenen Arbeitsraum hat, so daß die Flüssigkeit stän­ dig nur in diesem Arbeitsraum enthalten ist; es ist lediglich eine Kom­ pensationsmöglichkeit durch eine elastische Wand geschaffen, durch die temperaturbedingte Änderungen des Volumens der Flüssigkeit kompensiert werden. Der Antrieb erfolgt über eine steuerbare Kupplung. Bei diesem Motor wird die Heizvorrichtung in irgendeiner Form als eigenständige Einheit am Motor angebracht.

Aus der EP 0 361 053 B1 (entsprechend US-Patent 4 974 778) und dem US-Patent 3 591 079 sind Heizvorrichtungen bekannt, die in dem allgemei­ nen Prinzip nach gleichartiger Weise mechanische Energie durch Flüssig­ keitsscherung, d. h. durch Erzeugung innerer Reibung in der Flüssigkeit, in Wärme umsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Motor mit der Heizvorrichtung weiter zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Motor der gattungsgemäßen Art durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Heizvorrichtung vollständig in den Motor integriert werden kann, wobei andererseits aber auch ohne weiteres ermöglicht wird, eine solche Heizvorrichtung nicht vorzusehen. In diesem Fall wird die Ausnehmung lediglich durch einen Deckel verschlos­ sen, der im Grundsatz dem Deckel der Heizvorrichtung entsprechen kann. Da Motorgehäuse üblicherweise Gußteile sind, ist nur ein minimaler Mehr­ aufwand gegenüber einem überhaupt nicht für eine Heizvorrichtung aus­ gerüsteten Motor notwendig, um wahlweise eine solche Heizvorrichtung vorsehen zu können. Andererseits ist der Aufwand für die Heizvorrichtung selber minimiert, da keine besonderen Einrichtungen an der Heizvorrich­ tung geschaffen werden müssen, um den Kühlmittelstrom des Motors zur Abfuhr der in der Heizvorrichtung erzeugten Wärme an der Heizvorrichtung vorbeizuführen.

Zahlreiche vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, die in stark schematischer Darstellung eine in ein Motor­ gehäuse integrierte Heizvorrichtung zeigt.

Ein Motorgehäuse 1 eines wassergekühlten Verbrennungsmotors, also eines Dieselmotors oder eines Ottomotors, von dem nur ein kleiner Teil darge­ stellt ist, weist an einer Außenseite 2 eine etwa kreiszylindrische Aus­ nehmung 3 auf, durch die der Kühlmittelstrom 4 des Verbrennungsmotors geführt wird. Hierzu mündet an einer - in der Zeichnung unten darge­ stellten - Seite der Ausnehmung 3 in diese ein Kühlmittelzuführkanal 5 ein, während an der anderen - in der Zeichnung oben dargestellten - Seite der Ausnehmung 3 aus dieser ein Kühlmittelabführkanal 6 ausmün­ det. Seitlich von der Ausnehmung 3 ist auf der Außenseite 3 des Motor­ gehäuses 1 eine Flanschfläche 7 vorgesehen, an der bei Nichtvorhanden­ sein einer Heizvorrichtung 8 ein nicht dargestellter Deckel mittels Schrauben 9 in im Motorgehäuse 1 ausgebildeten Gewinde-Sacklöchern 10 befestigt werden kann.

Die Heizvorrichtung 8 weist ein an einem Flansch-Deckel 11 angebrachtes oder einstückig mit diesem ausgebildetes kreiszylindrisches Gehäuse 12 auf, das eine ebenfalls kreiszylindrische Arbeitskammer 13 umschließt. Der Flansch-Deckel 11 wird mittels der Schrauben 9 am Motorgehäuse 1 befestigt, wobei zwischen dem Deckel 11 und der Flanschfläche 7 eine Dichtung 14 angeordnet ist. Das Gehäuse 12 liegt mit seiner dem Deckel 11 abgewandten Stirnwand 15 und mit seiner zylindrischen Umfangswand 16 frei vom Motorgehäuse 1, so daß zumindest diese beiden Wände 15, 16 vom Kühlmittelstrom 4 umspült werden.

In der Arbeitskammer 13 des Gehäuses 12 ist ein zylinderscheibenförmiger Rotor 17 konzentrisch zu einer gemeinsamen Mittelachse 18 angeordnet, der sowohl zur Stirnwand 15 als auch zum ebenfalls stirnseitig benachbarten Flansch-Deckel 11 jeweils einen Spalt 19 bzw. 20 begrenzt, der im wesent­ lichen zylinderscheibenförmig ist. Im übrigen begrenzt der Rotor 17 auch noch einen Ringspalt 21 zur Umfangswand 16. Der Rotor 17 weist konzen­ trisch zur Mittelachse 18 eine Rotor-Welle 22 auf, die in einem am Flansch-Deckel 11 ausgebildeten Lagergehäuse 23 mittels eines Wälzlagers 24 gelagert ist. Zwischen dem Wälzlager 24 und der Arbeitskammer 13 ist eine elastisch nachgiebige Dichtungs-Membran 25 vorgesehen, die u. a. als Dichtung zwischen Rotor-Welle 22 und Lagergehäuse 23 dient.

Auf der Rotor-Welle 22 ist weiterhin ein Wälzlager 26 über ein Riemenrad 27 gegenüber der Rotor-Welle 22 frei drehbar abgestützt. Dieses Riemenrad 27 ist mittels nicht dargestellter Riemen, beispielsweise Keilriemen, vom Motor her antreibbar. Zwischen einer auf dem Wälzlager 26 abgestützten Nabe 28 des Riemenrades 27 und seinem Außenring 29 weist das Riemenrad 27 einen diese beiden Teile verbindenden Ringsteg auf, der als Kupp­ lungsscheibe 30 dient.

Zwischen dieser Kupplungsscheibe 30 und dem Flansch-Deckel 11 und innerhalb des Außenrings 29 ist ein ringförmiger Elektromagnet 31 ange­ ordnet, der am Lagergehäuse 23 angebracht ist. Dieser Elektromagnet 31 ist also gegenüber dem Deckel 11 ortsfest und undrehbar. Zwischen dem Elektromagnet 31 und der Kupplungsscheibe 30 ist ein sehr schmaler Luft­ spalt 32 ausgebildet, dessen Weite höchstens einige Zehntel Millimeter beträgt. Auf der dem Elektromagneten 31 abgewandten Seite der Kupp­ lungsscheibe 30 ist ebenfalls innerhalb des Außenrings 29 eine der Ring­ form des Elektromagneten 31 angepaßte ringförmige Ankerscheibe 33 ange­ ordnet, die bei nicht erregtem Elektromagneten 31 einen Luftspalt 34 von ebenfalls höchstens einigen Zehntel Millimetern zur Kupplungsscheibe 30 bildet, so daß bei Erregung des Elektromagneten 31 durch Stromzufuhr über elektrische Anschlußleitungen 35 die Ankerscheibe 33 gegen die Kupplungsscheibe 30 angezogen wird. Aufgrund der geringen Weite der Luftspalte 32 und 34 ist deren magnetischer Widerstand gering. Die An­ kerscheibe 33 ist mittels eines federelastischen Halters 36 an der Rotor-Welle 22 drehfest befestigt. Der Halter 36 ist in Richtung der Mittelachse 18 federelastisch. Bei einer Erregung des Elektromagneten 31 wird also die ringförmige Ankerscheibe 33 unter federelastischer Verfor­ mung des Halters 36 gegen die Kupplungsscheibe 30 angezogen und wird von dieser - wenn sie drehangetrieben ist - in Drehrichtung 37 mitge­ nommen und treibt die Rotor-Welle 22 und damit den Rotor 17 an. Wenn dagegen die Erregung des Elektromagneten 31 abgeschaltet wird, wird die Ankerscheibe 33 aufgrund der federelastischen Rückstellkraft des Halters 36 wieder von der Kupplungsscheibe 30 abgehoben. Der Drehantrieb des Rotors 17 wird also unterbrochen. Die Kupplungsscheibe 30 sollte aus nichtferromagnetischem Material bestehen, um einen magnetischen Kurz­ schluß zu vermeiden. Der Magnetpfad ist vom Elektromagneten 31 über das Lagergehäuse 23, die Rotor-Welle 22, den Halter 36 und die Ankerscheibe 33 geführt und wird über die Luftspalte 32, 34 geschlossen. Anstelle des federelastischen Halters 36 kann die Ankerscheibe 33 auch starr mit einer Nabe ausgebildet sein, die drehfest mit der Rotor-Welle 22 verbunden, aber auf dieser in Richtung der Mittelachse 18 verschiebbar ist, wozu beispielsweise eine Wellenverzahnung geeignet ist.

Die Arbeitskammer 13 ist mit einer Flüssigkeit 38 verhältnismäßig hoher Viskosität gefüllt. Es kann sich hierbei um Silikonöl oder etwas Ver­ gleichbares handeln. Beim Antrieb des Rotors 17 wird die Flüssigkeit 38 insbesondere in den Spalten 19, 20, 21 einer hohen Scherung unterworfen, da jeweils eine Begrenzungswand der Spalte 19, 20, 21, nämlich die Stirnwand 15, der Deckel 11 und die Umfangswand 16 fest stehen, während die zugeordneten Flächen des Rotors 17 sich bewegen. Diese auf die Flüs­ sigkeit 38 ausgeübte Scherarbeit wird in Wärme umgesetzt, die wiederum vom Kühlmittelstrom 4 abgeführt wird. Die Ausdehnung der Flüssigkeit 38 aufgrund der Temperaturerhöhung wird durch entsprechende Verformung der Dichtungs-Membran 25 zum Wälzlager 24 hin kompensiert. Die Arbeits­ kammer 13 ist vollkommen geschlossen. Die Breite der Spalte 19, 20, 21 hängt von der Viskosität der Flüssigkeit 38 und von der Veränderung der Viskosität über der Temperatur ab.

Wenn das Motorkühlwasser einen großen Wärmebedarf hat, insbesondere weil von dem noch kalten Motor der Fahrgastraum eines Fahrzeuges ge­ heizt werden soll, dann wird über die durch den Elektromagneten 31, die Kupplungsscheibe 30 und die Ankerscheibe 33 mit dem Halter 36 gebildete Kupplung 39 der Rotor 17 über das Riemenrad 27 vom Motor selber ange­ trieben und setzt einen Teil der mechanischen Energie des Motors in Wärme um. Die Ansteuerung des Elektromagneten 31 der Kupplung 39 kann automatisch über einen Thermostaten und/oder manuell erfolgen.

Claims (9)

1. Motor für Kraftfahrzeuge,
mit einem Motorgehäuse (1),
mit einer am Motorgehäuse (1) angebrachten Heizvorrichtung (8), die ein eine Arbeitskammer (13) mit viskoser Flüssigkeit (38) umschließendes Ge­ häuse (12) und einen in der Arbeitskammer (13) angeordneten, Spalte zu Wänden (11, 15, 16) des Gehäuses (12) begrenzenden, vom Motor antreib­ baren Rotor (17) aufweist, und
mit einem das Gehäuse (12) umgebenden, vom Kühlmittelstrom (4) des Mo­ tors durchströmten Raum,
dadurch gekennzeichnet,
daß der vom Kühlmittelstrom (4) durchströmte Raum als Ausnehmung (3) im Motorgehäuse (1) ausgebildet ist und
daß das Gehäuse (12) mit einem Deckel (11) versehen ist, der am Motor­ gehäuse (1) die Ausnehmung (3) abdichtend anbringbar ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (3) und das Gehäuse (12) der Heizvorrichtung (8) jeweils etwa kreiszylin­ drisch ausgebildet sind.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühl­ mittelzuführkanal (5) und ein Kühlmittelabführkanal (6) an einander gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmung (3) mit dieser verbunden sind.

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (11) an einer die Ausnehmung (3) umgebenden Flanschfläche (7) des Motorgehäuses (1) befestigbar ist.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (11) eine stirnseitige Wand des Gehäuses (12) bildet.

6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) mit seiner Umfangswand (16) und einer dem Deckel (11) abgewandten Stirnwand (15) im wesentlichen frei gegenüber dem Motorge­ häuse (1) in der Ausnehmung (3) angeordnet ist.

7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (17) mittels einer schaltbaren Kupplung (39) mit einem vom Motor antreibbaren Riemenrad (27) koppelbar ist.

8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Riemenrad (27) die Kupplung (39) zumindest teilweise umgibt.

9. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (13) vollständig geschlossen ist.