DE19635338C2 - Wärmegenerator mit viskosem Fluid und optimaler Lagerschmierung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmegenerator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d. h. einen Wärme­ generator, bei dem ein viskoses Fluid, welches in einem ge­ schlossenen Raum eingeschlossen ist, einer Scherwirkung durch ein rotierendes Element unterworfen wird, um Hitze zu erzeu­ gen, welche dann von einer Wärmetauscherflüssigkeit, typi­ scherweise Wasser, absorbiert wird, welche durch eine die er­ zeugte Wärme aufnehmende bzw. beheizte Kammer strömt. Die von der Wärmetauscherflüssigkeit absorbierte Wärme kann dazu be­ nutzt werden, beispielsweise die Luft in einem zu erwärmenden Raum anzuwärmen. Der mit einem viskosen Fluid arbeitende Wärmegenerator gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteil­ hafterweise als Wärmequelle benutzt werden, die beispiels­ weise in ein Heiz- oder Klimasystem eines Kraftfahrzeugs ein­ gebaut wird.

Die US 4 993 377 offenbart bereits eine Kraftfahrzeugheiz­ vorrichtung, bei der ein mit einem viskosen Fluid arbeitender Wärmegenerator verwendet wird. Dabei umfaßt der Wärme­ generator gemäß der zitierten Patentschrift ein vorderes und ein hinteres Gehäuse, die einander gegenüberliegen und mit­ tels durchgehender Schraubbolzen fest bzw. dicht miteinander verbunden sind; so daß sie eine innere, der Wärmeerzeugung dienende Kammer bzw. eine Heizkammer und eine die Wärme auf­ nehmende bzw. beheizte Kammer bilden, die durch eine Trenn­ wand voneinander getrennt werden, über die die Wärme zwischen dem viskosen Fluid in der Heizkammer und dem Wasser in der beheizten Kammer übertragen bzw. ausgetauscht wird. Die be­ heizte Kammer ist daher so angeordnet, daß sie sich außerhalb der Heizkammer, jedoch in unmittelbarer Nähe derselben befin­ det. Das als Wärmetauscherflüssigkeit verwendete Wasser wird in die beheizte Kammer über einen Einlaßanschluß eingeführt und aus der beheizten Kammer einem externen Heizsystem zuge­ führt, wobei man das Wasser ständig durch den Wärmegenerator und das externe Heizsystem zirkulieren läßt.

In dem vorderen Gehäuse ist eine Antriebswelle mittels eines reibungsarmen Lagers drehbar gelagert und trägt einen dreh­ fest montierten Rotor, der mit der Welle zu einer Drehbewe­ gung in der Heizkammer antreibbar ist. Der Rotor besitzt äußere Flächen, die Wandflächen der Heizkammer flächenhaft gegenüberliegen, wobei zwischen den einander benachbarten Teilen labyrinthförmige Nuten vorgesehen sind. Der Heizkammer wird ein viskoses Fluid, wie z. B. ein Silikonöl, zugeführt, um die labyrinthförmigen Nuten zwischen dem Rotor und den Wandflächen der Heizkammer zu füllen.

Wenn ein mit einem viskosen Fluid arbeitender Heizgenerator, der in ein Heizsystem eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist, in Antriebsverbindung mit dem Kraftfahrzeugmotor steht, dann wird die Antriebswelle zu einer Drehbewegung angetrieben und treibt den Rotor in der Heizkammer zu einer Drehbewegung an, wodurch auf das viskose Fluid in der Heizkammer eine Scher­ wirkung ausgeübt wird. Hierdurch entsteht in dem viskosen Fluid Wärme, und es erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem viskosen Fluid bzw. der viskosen Flüssigkeit in der Heizkam­ mer und dem Wasser, welches durch die beheizte Kammer strömt. Das erhitzte Wasser zirkuliert in dem Heizsystem des Kraft­ fahrzeugs, um in diesem eine Fahrgastzelle zu erwärmen.

Bei dem vorstehend beschriebenen konventionellen, mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärmegenerator ist die Heizkammer nicht flüssigkeits- bzw. gasdicht gegenüber dem Inneren des reibungsarmen Lagers abgedichtet, welches in das Gehäuse ein­ gepaßt und gegen die äußere Atmosphäre lediglich durch ein Schmiermittel bzw. Fett abgedichtet ist, mit dem das rei­ bungsarme Lager gefüllt ist. Somit tritt das viskose Fluid, welches durch die Wärme in der Heizkammer thermisch ausge­ dehnt wird, ohne weiteres in das Innere des reibungsarmen Lagers ein und drückt das Fett aus dem Inneren des Lagers zur Außenseite desselben. Da das viskose Fluid, wie z. B. das oben erwähnte Silikonöl, gewöhnlich bezüglich des Lagers keine Schmierfähigkeit entwickelt, verursacht das viskose Fluid, welches in das Lager eindringt und das dort vorhandene Fett verdrängt, eine mangelhafte Schmierung des Lagers, die zu einer Verringerung der Lebensdauer des Lagers führt. Folg­ lich wird auch die Lebensdauer des Wärmegenerators selbst reduziert. Weiterhin ist das reibungsarme Lager zum drehbaren Lagern der Antriebswelle bei dem konventionellen Wärmegenera­ tor in der Nachbarschaft der Heizkammer positioniert, so daß es durch das viskose Fluid in der Heizkammer leicht erhitzt wird. Daher besteht die Gefahr, daß das eingefüllte Fett auf­ geschmolzen bzw. weggeschmolzen wird, was unter Umständen zu einem Verlust der Schmierung für das Lager führen kann. Folg­ lich ist eine Verbesserung in der Anordnung oder Ausgestal­ tung des Lagers erforderlich, um die Lebensdauer des mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärmegenerators zu ver­ längern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit einem viskosen Fluid arbeitenden Generator anzugeben, der bei optimaler Schmierung der zugehörigen Lagereinrichtungen eine große Lebensdauer besitzt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es ist ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß ein mit einem viskosen Fluid arbeitender Wärmegenerator ge­ schaffen wird, der ein reibungsarmes Lager zum drehbaren Lagern der Antriebswelle aufweist und bei dem Einrichtungen vorgesehen sind, um das Lager gegenüber dem Einfluß des vis­ kosen Fluids zu schützen, insbesondere, um das Lager ther­ misch gegenüber dem der Wärmeerzeugung dienenden viskosen Fluid zu isolieren, um selbst nach langer Einsatzzeit des Wärmegenerators eine gute Schmierung des Lagers aufrechtzu­ erhalten.

In Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Zwischenelement bzw. die Zwischensubstanzeinheit eine Wellendichtung, die in der vorderen Gehäuseanordnung angeordnet ist, um eine Dich­ tung rund um die Antriebswelle zu bilden. Das Zwischenelement bzw. die Zwischeneinrichtungen können ferner eine geschlos­ sene leere Kammer umfassen, die durch einen Teil der Innen­ wände der vorderen Gehäuseanordnung gebildet und von diesen umschlossen ist. Hierdurch wird verhindert, daß das viskose Fluid, welches sich bei Erwärmung ausdehnt, aus der Heizkam­ mer in Richtung auf die reibungsarme Lageranordnung heraus­ fließt bzw. heraussickert, da zwischen der Heizkammer und der Lageranordnung die geschlossene, thermisch isolierende leere Kammer vorgesehen ist.

Weiterhin kann die geschlossene Kammer, die zwischen der Heizkammer und der reibungsarmen Lageranordnung vorgesehen ist, wirksam und zwangsläufig einen Zwischenraum zwischen der Lageranordnung und der Heizkammer schaffen, so daß die Über­ tragung von Wärme von dem viskosen Fluid, welches sich in der Heizkammer befindet, zu der Lageranordnung deutlich reduziert werden kann. Außerdem kann verhindert werden, daß das viskose Fluid, welches sich aufgrund der Hitze ausdehnt, als Leck­ strom aus der Heizkammer zur Außenseite des Wärmegenerators austritt.

Die Zwischensubstanzeinheit bzw. das Zwischenelement kann ferner eine Kombination von Wellendichtung und geschlossener leerer Kammer umfassen, deren Elemente sich zwischen der Heizkammer und der reibungsarmen Lageranordnung axial gegen­ überliegen.

Alternativ besteht die Möglichkeit, die reibungsarme Lageran­ ordnung für die Antriebswelle in einer Kammer zu montieren, die in einem vorderen Nabenteil ausgebildet ist, der von einem zentralen Teil der vorderen Gehäuseanordnung nach vorn vorsteht. Da die Lagerkammer in dem Nabenteil sich in einer Position befindet, in der sie der äußeren Atmosphäre bzw. der Umgebungsluft ausgesetzt ist, kann die Lageranordnung während des Betriebes des mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärme­ generators folglich ständig durch die Umgebungsluft gekühlt werden. Somit kann ein Schmiermittel bzw. Fett, mit welchem die Lageranordnung gefüllt wurde, während einer langen Be­ triebsdauer der Lageranordnung bzw. des Kompressors zuver­ lässig in der Lageranordnung gehalten werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach­ stehend anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbei­ spiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich werden. Es zeigen:

Fig. 1A einen Längsschnitt durch ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel eines mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärmegenerators gemäß der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 1B einen Querschnitt längs der Linie 1B-1B in Fig. 1A, wobei die besondere Form der hin­ teren Platte dargestellt ist, die einen Be­ standteil des Wärmegenerators gemäß Fig. 1A bildet;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärmegenerators gemäß der Erfindung und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein weiteres abge­ wandeltes Ausführungsbeispiel eines mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärmegenerators gemäß der Erfindung.

Im einzelnen zeigen Fig. 1A und 1B einen mit einer viskosen Flüssigkeit arbeitenden Wärmegenerator mit einem vorderen Ge­ häuse 1, einer hinteren Platte 2 und einem hinteren Gehäuse 3, wobei diese Teile in axialer Richtung mittels mehrerer Schraubbolzen 5 sicher verbunden sind und wobei zwischen dem hinteren Gehäuse 3 und der hinteren Platte 2 eine Dichtung 4 vorgesehen ist. Die hintere Platte 2 und das hintere Gehäuse 3 bilden eine hintere Gehäuseanordnung 6. Das vordere Gehäuse 1 und das hintere Gehäuse 3 sind vorzugsweise aus einem metallischen Material auf der Basis von Eisen hergestellt und haben eine große mechanische Steifigkeit bzw. Festigkeit. Die hintere Platte 2 ist vorzugsweise aus einem Material auf der Basis von Aluminium mit guter thermischer Leitfähigkeit her­ gestellt. Das vordere Gehäuse 1 und das hintere Gehäuse 3 können aber ebenfalls aus einem Aluminiummaterial hergestellt werden, falls dies unter dem Aspekt der Gewichtsreduzierung des Wärmegenerators erforderlich scheint. Das vordere Gehäuse 1 ist im Bereich seines hinteren Endes mit einer Vertiefung oder Senkbohrung versehen, welche eine Heizkammer 7 bildet, wenn das hintere Ende des vorderen Gehäuses 1 durch die hin­ tere Platte 2 verschlossen ist, welche eine im wesentlichen flache Innenfläche aufweist, die sich rund um eine zentrale Aussparung 2g der hinteren Platte erstreckt. Die äußere Fläche der hinteren Platte 2 und die innere Fläche des hin­ teren Gehäuses 3 definieren gemeinsam eine beheizte Kammer RW. Die beheizte Kammer RW ist von der Heizkammer 7, in der die Wärme erzeugt wird, durch die hintere Platte 2 getrennt. Die beheizte Kammer RW ist mit einem Einlaßanschluß 8 ver­ sehen, der in einem in Umfangsrichtung äußeren Teil des hin­ teren Gehäuses 3 vorgesehen ist, um der beheizten Kammer eine Wärmetauscherflüssigkeit, wie z. B. Wasser, zuzuführen. Die Wärmetauscherflüssigkeit zirkuliert als Heizmedium durch den Wärmegenerator und das äußere Heizsystem und strömt bei ihrer Rückkehr aus dem äußeren Heizsystem durch den Einlaßanschluß 8 in die beheizte Kammer RW, wo die Wärmetauscherflüssigkeit durch die hintere Platte 2 hindurch im Wärmeaustausch mit der viskosen Flüssigkeit in der Heizkammer 7 steht. Nach ihrem Aufheizen fließt die Wärmetauscherflüssigkeit aus der beheiz­ ten bzw. zu beheizenden Kammer RW durch einen Auslaßanschluß 9 (Fig. 1B) nach außen, welcher ähnlich ausgebildet ist wie der Einlaßanschluß, jedoch an einer anderen Stelle im Bereich des äußeren Umfangs des hinteren Gehäuses 3. Dabei ist der Auslaßanschluß 9 für die Wärmetauscherflüssigkeit relativ dicht bei dem Einlaßanschluß 8 für dieselbe angeordnet.

Die hintere Platte 2 ist mit einem zentralen, nach hinten vorstehenden Vorsprung 2a versehen, welche das komplementäre Gegenstück zu der zentralen Aussparung 2g bildet, die Be­ standteil der Heizkammer ist. Der zentrale Vorsprung 2a der hinteren Platte 2 ist mit einer radial verlaufenden Wand 2b versehen, die sich von dem Vorsprung 2a zwischen dem Einlaß­ anschluß 8 und dem Auslaßanschluß 9 hindurch zum äußeren Rand der Platte 2 erstreckt. Die Wärmetauscherflüssigkeit, die durch den Einlaßanschluß 8 in die zu beheizende Kammer RW eintritt, wird also daran gehindert, direkt zum Auslaßan­ schluß 9 zu strömen, ehe sie durch Wärmeaustausch mit der viskosen Flüssigkeit in der Heizkammer 7 erwärmt wurde.

Die hintere Platte ist ferner mit mehreren Rippen 2c bis 2f versehen - beim Ausführungsbeispiel sind vier derartige Rip­ pen vorgesehen - die sich jeweils in Form offener Ringe von einem Punkt in der Nähe des Einlaßanschlusses 8 zu einem Punkt in der Nähe des Auslaßanschlusses 9 erstrecken und dazu dienen, die Wärmeleitfähigkeit der hinteren Platte 2 zu ver­ bessern. Die Rippen 2c bis 2f sind konzentrisch zueinander und in gleichen radialen Abständen voneinander angeordnet, wie dies am besten in Fig. 1B zu sehen ist. Die Rippen 2c bis 2f sowie der zentrale Vorsprung 2a und die radiale Wand 2b sind so angeordnet, daß sich die Enden der Rippen, der Vor­ sprung und die radiale Wand an der Innenfläche des hinteren Gehäuses 3 abstützen.

In dem vorderen Gehäuse 1 ist eine Antriebswelle 12 mittels einer Lageranordnung 11 mit zwei einander gegenüberliegenden reibungsarmen Lagern drehbar gelagert, die von einer Lager­ kammer im vorderen Gehäuse 1 aufgenommen werden. Das vordere Gehäuse 1 besitzt eine zentral angeordnete Nabe 1b, in der die Lagerkammer der Lageranordnung 11 ausgebildet ist. In dem vorderen Gehäuse ist ferner zentral eine Wellendichtung 10 montiert, und zwar in axialer Richtung angrenzend an die Heizkammer 7. Die Wellendichtung 10 umgibt das innere Ende der Antriebswelle 12. In dem vorderen Gehäuse ist weiterhin ein ringförmiger Flansch 1a ausgebildet, welcher die An­ triebswelle 12 umgibt und in axialer Richtung zwischen der Dichtung 10 und der Lageranordnung 11 angeordnet ist. Die Wellendichtung 10 und der ringförmige Flansch 1a des vorderen Gehäuses 1 wirken gemeinsam als Trenneinrichtungen bzw. als Zwischenelemente, die zwischen der Lageranordnung 11 und der Heizkammer 7 angeordnet sind, in der ein Rotorelement 13 in Form einer flachen Platte im Preßsitz auf dem innersten Ende der Antriebswelle 12 befestigt ist.

In der Heizkammer 7 sind Abstände als feine Spalte zwischen den Innenflächen der Kammer 7 und den Außenflächen des Rotorelements 13 definiert und mit einer viskosen Flüssig­ keit, beim Ausführungsbeispiel einem Silikonöl, gefüllt. Dabei sollten die Zwischenräume in der Heizkammer 7 nicht vollständig mit Silikonöl gefüllt sein, sondern mit einer Mischung aus Silikonöl und Luft mit einem Mischungsverhältnis von 80 Vol.% Silikonöl und 20 Vol.% Luft, so daß selbst bei einer temperaturbedingten Ausdehnung des viskosen Fluids ein Leckstrom bzw. ein Heraussickern des Silikonöls aus der Heiz­ kammer verhindert werden kann.

Wie aus Fig. 1A deutlich zu sehen ist, ist am äußersten Ende der Antriebswelle 12 mittels eines Schraubbolzens 14 eine Riemenscheibe 15 montiert. Die Riemenscheibe 15 ist mit einem Drehantrieb, beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor, über einen Riemen (nicht gezeigt) verbunden. Die Antriebswelle 12 kann folglich von dem Drehantrieb zu einer Drehbewegung ange­ trieben werden.

Wenn der mit einem viskosen Fluid arbeitende Wärmegenerator in ein Heizsystem bzw. eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug eingebaut ist und die Antriebswelle 12 über einen Riemen und die Riemenscheibe 15 zu einer Drehbewegung angetrieben wird, dann dreht sich der Rotor 13 zusammen mit der Antriebswelle 12 im Inneren der Heizkammer 7. Das Silikonöl, welches in den Zwischenräumen zwischen den Innenflächen der Heizkammer 7 und den Außenflächen des Rotors 13 vorhanden ist, wird folglich in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Rotorelements 13 Scherkräften unterworfen, die zur Entstehung von Wärme füh­ ren. Die in dem Silikonöl erzeugte Wärme wird durch die hin­ tere Platte 2 hindurch auf die Wärmetauscherflüssigkeit, d. h. auf das Wasser in der zu beheizenden Kammer, übertra­ gen. Aufgrund des Wärmeaustauschs wird also die Wärme aus dem Öl in das Wasser übertragen. Das durch die absorbierte Wärme erhitzte Wasser wird dann aus der zu beheizenden Kammer RW über den Auslaßanschluß 9 in das externe Heizsystem bzw. die Klimaanlage geliefert, um eine Fahrgastkabine zu erwärmen.

Während der Wärmeerzeugung durch den Wärmegenerator dehnt sich das viskose Fluid, d. h. das Silikonöl, aufgrund der in ihm erzeugten Wärme thermisch aus. Da die Wellendichtung 10 mit einem ringförmigen Gummielement versehen ist, welches mittels eines eingebauten Federrings gegen den Umfang der Antriebswelle 12 gepreßt wird, wird jedoch eine hermetische Abdichtung des in der Heizkammer 7 befindlichen Wellenteils erreicht, so daß verhindert wird, daß das Silikonöl aus der Kammer 7 heraussickert. Das Silikonöl kann also weder in die Umgebung des Wärmegenerators austreten noch die Lageranord­ nung 11 erreichen. Die Wärmedehnung des Silikonöls kann zum überwiegenden Teil durch Kompression der Luft aufgefangen werden, die mit dem Silikonöl gemischt ist. Daher wird ver­ hindert, daß bei dem mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärmegenerator gemäß dem betrachteten Ausführungsbeispiel ein viskoses Fluid, welches aus Silikonöl besteht, in das Innere der Lageranordnung 11 eindringt. Folglich wird auch das Fett, mit dem die Lageranordnung gefüllt ist, nicht mit einem Druck oder einer Temperatur beaufschlagt, die zum Herausfließen des Fetts aus der Lageranordnung 11 führen könnten.

Das Vorhandensein der Wellendichtung 10 und des ringförmigen Flansches 1a des vorderen Gehäuses 1 gestatten es außerdem, die Lageranordnung 11 räumlich gegenüber der Heizkammer 7 zu isolieren, so daß die Lageranordnung durch die in der Heiz­ kammer 7 erzeugte Wärme nicht direkt aufgeheizt wird. Da die Lageranordnung 11 ferner von der Lagerkammer in der Nabe 1b des vorderen Gehäuses 1 aufgenommen wird, kann die Lageran­ ordnung 11 insbesondere ohne weiteres und ständig in Kontakt mit der Umgebungsluft gehalten werden, so daß sie während des Betriebs des Wärmegenerators abgekühlt wird. Ein Verlust von Schmiermittel bzw. Fett aus der Lageranordnung 11 kann somit verhindert werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung des betrachteten Ausfüh­ rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird deutlich, daß die Lageranordnung 11 zur drehbaren Lagerung der Antriebs­ welle 12 bis zum Ende der Lebensdauer des mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärmegenerators kaum unter einem Schmier­ mittelmangel leiden kann, da zwei zwischengeordnete Einrich­ tungen vorhanden sind, nämlich die Wellendichtung 10 und der ringförmige Flansch 1a des vorderen Gehäuses 1.

Im vorliegenden Zusammenhang sollte beachtet werden, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung derart abge­ wandelt werden kann, daß anstelle der Riemenscheibe eine Magnetkupplung zum Übertragen der Antriebsenergie von dem Drehantrieb zu der Antriebswelle vorgesehen wird. In diesem Fall kann der Wärmegenerator durch Ein- und Ausschalten der Magnetkupplung intermittierend angetrieben werden.

Gemäß Fig. 2, die ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, umfaßt der mit einem viskosen Fluid arbeitende Wärmegenerator ein vorderes Gehäuse 21, eine Frontplatte 22, eine hintere Platte 23 und ein hinteres Ge­ häuse 24. Diese Elemente 21, 22, 23 und 24 sind in axialer Richtung unter Einfügung von Dichtungen 25 bis 28 mittels mehrerer langer Schraubbolzen 29 miteinander verbunden, wobei die Dichtungen zwischen dem vorderen Gehäuse 21 und der Frontplatte 22 sowie zwischen der hinteren Platte 23 und dem hinteren Gehäuse 24 angeordnet sind.

Das vordere Gehäuse 21 und die Frontplatte 22 bilden eine vordere Gehäuseanordnung 30, während die hintere Platte 23 und das hintere Gehäuse 24 eine hintere Gehäuseanordnung 31 bilden. Die Frontplatte 22 ist vorzugsweise aus einem Alumi­ niummaterial mit guter thermischer Leitfähigkeit hergestellt und in ihrer rückwärtigen Fläche mit einer zylindrischen Ver­ tiefung großen Durchmessers versehen. Die Vertiefung in der Frontplatte 22 wirkt mit der flachen vorderen Stirnfläche der hinteren Platte 23 zusammen, um zwischen diesen Elementen eine Heizkammer 32 zu definieren. Das vordere Gehäuse 21 und die vordere Stirnfläche der Frontplatte 22 definieren eine vordere, zu erhitzende Kammer FW, welche der Vorderseite der Heizkammer 32 benachbart ist. Die hintere Stirnfläche der hinteren Platte 23 und das hintere Gehäuse 24 definieren eine hintere, zu erhitzende Kammer RW, welche der Rückseite der Heizkammer 32 benachbart ist.

Das hintere Gehäuse 24 der hinteren Gehäuseanordnung 31 ist mit einem Einlaßanschluß 33 zum Zuführen einer Wärmetauscher­ flüssigkeit, beispielsweise Wasser, von einem externen Heiz­ system versehen, wobei die Wärmetauscherflüssigkeit der vor­ deren und der hinteren zu beheizenden Kammer FW bzw. RW zuge­ führt wird. Weiterhin ist ein Auslaßanschluß (in Fig. 2 nicht gezeigt) vorgesehen, über den die erwärmte Wärmetauscherflüs­ sigkeit aus den zu beheizenden Kammern FW und RW abgegeben wird. Der Einlaßanschluß und der Auslaßanschluß sind im Be­ reich des äußeren Umfangs des hinteren Gehäuses 24 derart an­ gebracht, daß sie sich zu der hinteren zu beheizenden Kammer RW öffnen.

Die Frontplatte 22 und die hintere Platte 23 sind mit mehre­ ren durchgehenden Öffnungen 34 versehen, die für eine Fluidverbindung zwischen der vorderen und der hinteren zu beheizenden Kammer FW, RW sorgen. Die durchgehenden Öffnungen 34 sind dabei in Umfangsrichtung in gleichem Abstand vonein­ ander angeordnet und gestatten einen Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Kammern RW und FW.

Die Frontplatte 22 ist mit einer vorderen Nabe 22a versehen, die vom zentralen Teil der Frontfläche in axialer Richtung nach vorne vorsteht. Die vordere Nabe 22a definiert eine zylindrische Kammer, in der eine Wellendichtung 25 angeordnet ist, welche ein erstes Zwischenelement bildet. Die vordere Nabe 22a der Frontplatte 22 ist an ihrem vordersten Ende mit einem ringförmigen Flansch 22b versehen, welcher ein zweites Zwischenelement bildet.

Das vordere Gehäuse 21 der vorderen Gehäuseanordnung 30 ist intern mit einer ringförmigen Nabe 21a versehen, welche in axialer Richtung auf die Vorderseite der Frontplatte 22 vor­ steht und in einer an die Heizkammer 32 angrenzenden Position endet. Die ringförmige Nabe 21a ist mit mehreren, in radialer Richtung durchgehenden Öffnungen 21b versehen, die am Ende der Nabe derart ausgebildet sind, daß sie sich in die vordere zu beheizende Kammer FW öffnen. Somit besitzt die vordere zu beheizende Kammer FW einen Bereich, der angrenzend an die Heizkammer 32 angeordnet ist, und zwar über ein Teilstück der Nabe 22a, welche die Wellendichtung 35 umgibt.

Das vordere Gehäuse 21 der vorderen Gehäuseanordnung 30 ist ferner mit einer äußeren Nabe 21c versehen, die in axialer Richtung nach vorn (in Fig. 2 nach links) von einem zentralen Teil der vorderen Stirnfläche des vorderen Gehäuses 21 vor­ steht. Die Nabe 21c des vorderen Gehäuses 21 definiert in ihrem Inneren eine zylindrische Lagerkammer, von der eine Lageranordnung 36 aufgenommen wird, die ein einziges rei­ bungsarmes Lager zum drehbaren Lagern einer Antriebswelle 31 umfaßt. Der innere Endbereich der Antriebswelle 37, welcher in die Heizkammer 32 vorsteht, ist durch die oben erwähnte Wellendichtung 35 flüssigkeitsdicht abgedichtet. Die An­ triebswelle 37 trägt ein flaches, plattenförmiges Rotorele­ ment 38, welches am inneren Ende der Antriebswelle 37 im Preßsitz festgelegt ist, und das Rotorelement 38 ist in der Heizkammer 32 angeordnet, um von der Antriebswelle 37 zu einer Drehbewegung angetrieben zu werden.

Der übrige Aufbau des betrachteten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 ist ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ge­ mäß Fig. 1A und 1B. Die Arbeitsweise des mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärmegenerators gemäß dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel ist also ähnlich wie die Arbeitsweise des Wärmegenerators gemäß dem in Fig. 1A und 1B gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel. Der in Fig. 2 gezeigte Wärmegenerator bietet also im wesentlichen die verschiedenen Vorteile, die weiter oben in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläu­ tert wurden.

In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß der mit einem viskosen Fluid arbeitende Generator gemäß dem Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 2 mit Wärmeübertragungsrippen versehen werden kann, die den Rippen 21c bis 21f bei dem ersten Aus­ führungsbeispiel ähnlich sind, und zwar sowohl in der vorde­ ren als auch in der hinteren zu beheizenden Kammer FW bzw. RW, falls dies erforderlich ist.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung. Gemäß Fig. 3 umfaßt ein mit einem viskosen Fluid arbeitender Wärmegenerator ein vorderes Gehäuse 41, eine Frontplatte 42, eine hintere Platte 43 und ein hinteres Gehäuse 44. Das vordere Gehäuse 41, die Frontplatte 42, die hintere Platte 43 und das hintere Gehäuse 44 sind in axialer Richtung mittels mehrerer langer Schraubbolzen 49 und mit Hilfe Dichtungen 45 bis 48 hermetisch dichtend miteinander verbunden, wobei die Dichtungen zwischen dem vorderen Gehäuse 41 und der Frontplatte 42 sowie zwischen der hinteren Platte 43 und dem hinteren Gehäuse 44 angeordnet sind.

Das vordere Gehäuse 41 und die Frontplatte 42 bilden eine vordere Gehäuseanordnung 50, während die hintere Platte 43 und das hintere Gehäuse 44 eine hintere Gehäuseanordnung 51 bilden.

Die Frontplatte 42 ist vorzugsweise als Platte aus einem Aluminiumsystemmaterial mit guter thermischer Leitfähigkeit hergestellt und an ihrer Rückseite mit einer zylindrischen Vertiefung mit großem Durchmesser versehen. Die Vertiefung der Frontplatte 42 wirkt mit der flachen Vorderseite der hin­ teren Platte 43 zusammen, um zwischen diesen beiden Bauele­ menten eine Heizkammer 52 zu definieren. Das vordere Gehäuse 41 und die vordere Stirnfläche der Frontplatte 42 definieren eine vordere zu beheizende Kammer FW zwischen diesen beiden Elementen, die so angeordnet ist, daß sie der Vorderseite der Heizkammer 52 benachbart ist. Die hintere Stirnfläche der hinteren Platte 43, die aus einem Material mit guter thermi­ scher Leitfähigkeit, wie z. B. Aluminium, hergestellt ist, und das hintere Gehäuse 44 definieren eine hintere zu behei­ zende Kammer RW, welche derart angeordnet ist, daß sie der Rückseite der Heizkammer 52 benachbart ist.

Das hintere Gehäuse 44 der hinteren Gehäuseanordnung 51 ist mit einem Einlaßanschluß 53 zum Zuführen einer Wärmetauscher­ flüssigkeit, wie z. B. Wasser, aus einem externen Heizsystem in die vordere und die hintere zu beheizende Kammer FW bzw. RW und mit einem Auslaßanschluß (in Fig. 3 nicht gezeigt) zum Abgeben der erwärmten Wärmetauscherflüssigkeit aus den zu be­ heizenden Kammern FW, RW versehen. Der Einlaßanschluß und der Auslaßanschluß sind im Bereich des äußeren Umfangs des hinte­ ren Gehäuses 44 derart angeordnet, daß sie sich in die zu be­ heizende Kammer RW öffnen.

Die vordere und die hintere Platte 42 bzw. 43 sind mit mehre­ ren durchgehenden Öffnungen 54 zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen der vorderen und der hinteren zu be­ heizenden Kammer FW bzw. RW versehen. Die mehreren durch­ gehenden Öffnungen 54 sind ähnlich wie die durchgehenden Öffnungen 34 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 in Um­ fangsrichtung in gleichmäßigen Abständen voneinander angeord­ net und gestatten eine Strömung des Wärmetauscherfluids durch die Öffnungen von der hinteren zu beheizenden Kammer RW in die vordere zu beheizende Kammer FW und umgekehrt.

Die Frontplatte 42 ist mit einer zentral ausgebildeten zylin­ drischen Vertiefung versehen, in der eine Wellendichtung 55 angeordnet ist, um angrenzend an die Heizkammer 52 ein erstes Zwischenelement zu bilden. Die Frontplatte 52 ist ferner mit einem ringförmigen inneren Flansch 42a versehen, welcher axial angrenzend an die Wellendichtung 55 und zum axialen Ab­ stützen derselben vorgesehen ist. Der innere Flansch 42a bil­ det somit ein zweites Zwischenelement zwischen der Heizkammer 52 und einer weiter unten noch zu beschreibenden Lageranord­ nung 57.

Das vordere Gehäuse 41 der vorderen Gehäuseanordnung 50 ist intern mit einer zylindrischen Nabe 41a versehen, die sich in axialer Richtung zu der Frontfläche der Frontplatte 42 er­ streckt und eine geschlossene und leere zylindrische Kammer 56 im Inneren der Nabe definiert, die ein drittes Zwischen­ element zwischen der Heizkammer 52 und der noch zu beschrei­ benden Lageranordnung 57 bildet.

Das vordere Gehäuse 41 der vorderen Gehäuseanordnung 50 ist ferner mit einer äußeren Nabe 41b versehen, die vom zentralen Teil der frontseitigen Stirnfläche des vorderen Gehäuses 41 in axialer Richtung nach außen vorsteht. Die Nabe 41b des vorderen Gehäuses 41 definiert in ihrem Inneren eine zylin­ drische Lagerkammer, in der die Lageranordnung 57 unter­ gebracht ist, die ein einziges reibungsarmes Lager zum dreh­ baren Lagern der Antriebswelle 58 aufweist. Ein innerer End­ bereich der Antriebswelle 58, welcher in die Heizkammer 52 vorsteht, ist mit Hilfe der oben erwähnten Wellendichtung 55 flüssigkeitsdicht abgedichtet. Auf der Antriebswelle 58 ist ein flaches, plattenförmiges Rotorelement 59 im Bereich des innersten Endes der Antriebswelle 58 im Preßsitz festgelegt, und dieses Rotorelement 59 ist zur gemeinsamen Drehung mit der Antriebswelle 58 in der Heizkammer 52 angeordnet.

Im übrigen ist der mit einem viskosen Fluid arbeitende Wärme­ generator gemäß Fig. 3 ähnlich aufgebaut wie bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1A und 1B bzw. gemäß Fig. 2.

Bei dem mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärmegenerator gemäß Fig. 3 ist die geschlossene leere Kammer 56 des vorde­ ren Gehäuses 41 als drittes Zwischenelement zwischen der Heizkammer 52 und dem Lagergehäuse 57 angeordnet und in Ver­ bindung mit der Wellendichtung 55 wirksam, um zu verhindern, daß das viskose Fluid, d. h. das Silikonöl, von der Heizkam­ mer 52 zu der Lageranordnung 57 fließt, und zwar selbst dann, wenn das Silikonöl erhitzt wird und sich thermisch ausdehnt. Dadurch kann das thermisch ausgedehnte Silikonöl natürlich daran gehindert werden, aus der Heizkammer 52 in die äußere Umgebung des Wärmegenerators auszutreten. Die geschlossene leere Kammer 56, die im Abstand von der Heizkammer 52 ange­ ordnet ist, trägt ferner dazu bei, die Lageranordnung 57 thermisch gegenüber der Heizkammer 52 zu isolieren.

Die Funktion des Wärmegenerators gemäß Fig. 3 ist bezüglich der Wärmeerzeugung und des Wärmeaustauschs dieselbe wie bei den Wärmegeneratoren gemäß den beiden ersten Ausführungsbei­ spielen.

Der mit einem viskosen Fluid arbeitende Wärmegenerator gemäß Fig. 3 kann somit während eines langen Zeitraums kontinuier­ lich arbeiten, während eine optimale Schmierung für die Lageranordnung 57 aufrechterhalten wird. Somit kann der Wärmegenerator insgesamt eine lange Lebensdauer haben.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß bei einem mit einem viskosen Fluid arbeitenden Wärmegenerator gemäß der Erfindung, der insbesondere jedoch nicht aus­ schließlich für den Einbau in eine Heiz- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gedacht ist, eine gute Schmierung der eingebauten Lageranordnung aufrechterhalten und folglich eine im wesentlichen unbegrenzte Lebensdauer erreicht werden.

Claims (13)

1. Wärmegenerator, welcher mit einem viskosen Fluid arbei­ tet und umfaßt:
eine vordere und eine hintere Gehäuseanordnung, in denen mindestens eine Heizkammer definiert ist;
eine zu beheizende Kammer, die von der Heizkammer ge­ trennt ist und in mindestens einer der Gehäuseanord­ nungen vorgesehen ist und in der ein Fluidströmungskanal definiert ist, der sich eng benachbart zu der Heizkammer erstreckt und das Zirkulieren einer Wärmetauscherflüs­ sigkeit durch diesen Kanal gestattet;
eine Antriebswelle, die in der vorderen Gehäuseanordnung mittels reibungsarmer Lagereinrichtungen drehbar ge­ lagert ist;
ein Rotorelement, welches in der Heizkammer drehfest auf der Antriebswelle montiert ist und Außenflächen auf­ weist;
ein viskoses Fluid, welches sich in einem Raum befindet, der sich zwischen der Innenwand der Heizkammer und den Außenflächen des Rotorelements erstreckt, wobei das vis­ kose Fluid dazu dient, in Abhängigkeit von einer Drehung des Rotorelements Wärme zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Heizkammer (7) und den reibungsarmen Lagereinrichtungen (11) mindestens ein der Schaffung einer Wärmeisolation zwischen der Heizkammer (7) und den Lagereinrichtungen (11) dienendes Zwischenelement (1a, 10) vorgesehen ist.

2. Wärmegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement eine Wellendichtung (10) umfaßt, die in der vorderen Gehäuseanordnung (1) zur fluiddich­ ten Abdichtung rings um die Antriebswelle (12) vorge­ sehen ist.

3. Wärmegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement eine geschlossene leere Kammer (56) umfaßt, die durch einen Teil der Innenwände der vorderen Gehäuseanordnung (50) gebildet und von diesen umschlossen ist.

4. Wärmegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischeneinrichtung eine Kombination einer rings um die Antriebswelle (58) montierten Wellendichtung (55) und einer geschlossenen leeren Kammer (56) umfaßt, die der Wellendichtung (55) in axialer Richtung gegenüber­ liegt, wobei diese Kombination von Wellendichtung (55) und geschlossener leerer Kammer (56) in axialer Richtung zwischen der Heizkammer (52) und der reibungsarmen Lagereinrichtung (57) angeordnet ist.

5. Wärmegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reibungsarme Lagereinrichtung (11) zur drehbaren Lagerung der Antriebswelle (12) in einer Lagerkammer montiert ist, die in einem Teil der vorderen Gehäusean­ ordnung (1) ausgebildet ist.

6. Wärmegenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Lagereinrichtung (57) aufnehmende Teil der vorderen Gehäuseanordnung einen axial vorstehenden vor­ deren Nabenteil (1b) umfaßt, der in einem zentralen Be­ reich der vorderen Gehäuseanordnung (1) ausgebildet ist.

7. Wärmegenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkammer in der vorderen Gehäuseanordnung (1) direkt mit der Atmosphäre außerhalb des Wärmegenerators kommuniziert.

8. Wärmegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beheizende Kammer durch ein Paar von Kammern (FW, RW) gebildet wird, die in der vorderen Gehäusean­ ordnung (50) bzw. in der hinteren Gehäuseanordnung (51) ausgebildet sind, in Fluidverbindung miteinander stehen und aufeinander axial gegenüberliegenden Seiten der Heizkammer (52) angeordnet sind.

9. Wärmegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorelement (13, 38, 59) ein flaches, platten­ förmiges Element umfaßt, welche im Preßsitz auf ein in der Heizkammer befindliches Ende der Antriebswelle (12, 37, 58) aufgesetzt ist.

10. Wärmegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beheizende Kammer (RW) in der hinteren Ge­ häuseanordnung (6) vorgesehen ist, welche eine hintere Platte (2) und ein hinteres Gehäuse (3) umfaßt, die der­ art aneinander befestigt sind, daß sie zwischen sich die zu beheizende Kammer (RW) definieren, und daß die hin­ tere Platte (2) eine Trennwand zwischen der Heizkammer (7) und der zu beheizenden Kammer (RW) bildet.

11. Wärmegenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Platte (2) mit mehreren, in der zu be­ heizenden Kammer (RW) angeordneten Rippen (2c bis 2f) versehen ist.

12. Wärmegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Gehäuseanordnung (50) ein vorderes Ge­ häuse (41) und eine Frontplatte (42) umfaßt, daß die hintere Gehäuseanordnung (51) ein hinteres Gehäuse (44) und eine hintere Platte (43) umfaßt, daß das vordere Ge­ häuse (41), die Frontplatte (42), die hintere Platte (43) und das hintere Gehäuse (44) in axialer Richtung miteinander verbunden sind, um zwischen der Frontplatte (42) und der hinteren Platte (43) die Heizkammer (52) zu definieren, und daß die zu beheizende Kammer (FW, RW) eine vordere zu beheizende Kammer (FW) umfaßt, die zwi­ schen dem vorderen Gehäuse (41) und der Frontplatte (42) definiert ist, und eine hintere zu beheizende Kammer (RW), die zwischen der hinteren Platte (43) und dem hinteren Gehäuse (44) definiert ist.

13. Wärmegenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere und die hintere zu beheizende Kammer (FW, RW) über mindestens eine in der Frontplatte und in der hinteren Platte in Randbereichen dieser Platten vor­ gesehene durchgehende Öffnung (54) in Fluidverbindung miteinander stehen.