DE19725500A1 - Mit einer eingestellten Menge eines viskosen Fluids gefüllter Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ, bei dem ein viskoses Fluid in eine vorbe­ stimmte, in einer Gehäuseanordnung ausgebildete Fluidauf­ nahmekammer eingefüllt und durch die Drehung eines Rotor­ elements einer wiederholten Scherwirkung unterworfen wird, um Wärme zu erzeugen, welche wiederum auf ein zirkulierendes Wärmetauschfluid in einer Wärmeaufnahmekammer übertragen wird. Die Wärme wird durch das Wärmetauschfluid zu einem zu beheizenden Bereich, wie beispielsweise einem Fahrgastraum in einem Kraftfahrzeug, gebracht. Insbesondere betrifft die vor­ liegende Erfindung einen Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ, bei dem die vorbestimmte Fluidaufnahmekammer der Gehäusean­ ordnung mit einem viskosen Fluid bei einem Füllungsverhältnis gefüllt ist, welches zum Erzeugen von Wärme, deren Temperatur für die Verwendung bei einem Heizsystem genügend hoch ist, geeignet ist, während es das Entstehen eines Schadens an einer in dem Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ enthaltenen Öldichtungseinrichtung verhindert.

Es ist bekannt, einen Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ als eine Zusatzheizvorrichtung für Kraftfahrzeug-Heizsysteme zu verwenden. Die Zusatzheizvorrichtung weist eine Antriebswelle auf, die mit einem Kraftfahrzeugmotor in Wirkverbindung steht und von demselben angetrieben wird. Die Antriebswelle ist drehbar in einer Gehäuseanordnung gelagert, in der ein an­ treibbar mit einem inneren Ende der Antriebswelle verbundenes Rotorelement untergebracht ist. In der Gehäuseanordnung ist eine Wärmeerzeugungskammer ausgebildet, in die eine vorbe­ stimmte Menge eines viskosen Fluids, wie beispielsweise Sili­ konöl, so eingefüllt ist, daß das viskose Fluid in zwischen den Innenwänden der Wärmeerzeugungskammer und der Außenfläche des Rotorelements vorgesehenen Zwischenräumen zurückgehalten wird. Das Füllungsverhältnis des viskosen Fluids für die Wärmeerzeugungskammer wird im allgemeinen auf beispielsweise mehr als 80% eingestellt, und die Wärmeerzeugungskammer ist mittels eines Öldichtungselements oder eines Wellendichtungs­ elements luftdicht verschlossen, das innerhalb der Wärmeer­ zeugungskammer um die Antriebswelle angeordnet ist, um ein Aus laufen des viskosen Fluids aus der Wärmeerzeugungskammer zu verhindern.

Die Anwendung eines Fluid-Füllungsverhältnisses von 80% oder mehr beruht auf der Tatsache, daß dieses Füllungsverhältnis bei der herkömmlichen Viskoskupplungsvorrichtung, die das­ selbe Wärmeerzeugungsprinzip wie der Wärmegenerator vom Vis­ kosfluid-Typ verwendet, mit zufriedenstellendem Ergebnis an­ gewandt worden ist. Bei der Viskoskupplungsvorrichtung wird das viskose Öl als ein Arbeitsmedium verwendet, und ein An­ stieg des Volumens des Arbeitsmediums aufgrund der Reibungs­ wärmeerzeugung des Arbeitsmediums wird dazu benutzt, eine einstellbare Fluidkopplung zwischen zwei Kupplungsplatten zu schaffen, um ein eingestelltes Drehmoment von dem Eingang der Kupplungsvorrichtung zu deren Ausgang zu übertragen. Daher ist es bei der Viskoskupplungsvorrichtung häufig erforder­ lich, eine starke Verbindung herzustellen, die im wesentli­ chen einer direkten Verbindung zwischen den beiden Kupplungs­ platten entspricht, um das volle Drehmoment von dem Eingang zu dem Ausgang der Kupplungsvorrichtung zu übertragen. Dem­ entsprechend muß das Füllungsverhältnis des viskosen Fluids auf einen möglichst hohen Wert festgelegt und eingestellt werden.

Jedoch tritt bei dem herkömmlichen Wärmegenerator vom Viskos­ fluid-Typ die Wärmeerzeugung aufgrund der Ausübung einer Scherwirkung auf das zwischen den Innenwänden der Wärmeerzeu­ gungskammer und den Außenflächen des Rotorelements gehaltene viskose Fluid durch die Drehung des Rotorelements auf. Die Wärmeerzeugung des viskosen Fluids erzeugt einen Anstieg der Temperatur des viskosen Fluids, und daher tritt eine Volumen­ ausdehnung sowohl des viskosen Fluids als auch der in der Wärmeerzeugungskammer eingeschlossenen Luft auf. Deshalb steigt der in der Wärmeerzeugungskammer herrschende innere Druck in Abhängigkeit von der Volumenausdehnung des viskosen Fluids und der Luft an. Wenn das von dem viskosen Fluid innerhalb der Wärmeerzeugungskammer eingenommene Volumen beträchtlich größer ist als das von der Luft innerhalb der Wärmeerzeugungskammer eingenommene Volumen, d. h., wenn das Füllungsverhältnis des viskosen Fluids für die Wärmeerzeu­ gungskammer groß ist, kann der innere Druck innerhalb der Wärmeerzeugungskammer aufgrund einer Differenz der thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten des viskosen Fluids und der Luft übermäßig über einen vorgegebenen Haltbarkeitsdruck (den maximal zulässigen Druck) für die Öldichtung hinaus anstei­ gen. Als Ergebnis hiervon kann ein Schaden an der Öldichtung und ein Auslaufen des viskosen Fluids aus der Wärmeer­ zeugungskammer auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ zu schaffen, der während einer langen Betriebsdauer eine hohe Betriebszu­ verlässigkeit aufweist, ohne daß ein Schaden an einer darin enthaltenen Öldichtungseinrichtung oder ein Auslaufen des viskosen Fluids aus einer Wärmeerzeugungskammer desselben auftritt.

Ferner soll der verbesserte Wärmegenerator vom Viskosfluid- Typ eine ausreichende und zuverlässige Wärmeerzeugungs­ leistung aufweisen, ohne daß Bauelemente hinzugefügt werden müssen, die einen Anstieg der Herstellungskosten des Wärme­ generators verursachen könnten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ gelöst, der folgendes umfaßt:
eine Gehäuseanordnung, in der eine Fluidaufnahmekammer zum Aufnehmen eines viskosen Fluids und eine von einem Wärme­ tauschfluid durchströmbare Wärmeaufnahmekammer ausgebildet sind;
eine Antriebswelle, die drehbar an der Gehäuseanordnung ge­ lagert ist und deren Drehbewegung von einer externen An­ triebsquelle antreibbar ist, wobei die Antriebswelle einen Teil umfaßt, welcher sich in die Gehäuseanordnung erstreckt;
ein Rotorelement, das auf dem Teil der Antriebswelle so ange­ ordnet ist, daß es in der Fluidaufnahmekammer drehbar ist, wobei die Drehung des Rotorelements eine Scherwirkung auf das viskose Fluid ausübt, um Wärme zu erzeugen;
ein Wärmeübertragungselement, das zwischen der Fluidaufnahme­ kammer und der Wärmeaufnahmekammer angeordnet ist, um Wärme von dem viskosen Fluid zu dem Wärmetauschfluid zu übertragen; und
ein Dichtungselement, das an einer der Fluidaufnahmekammer benachbarten Stelle um die Antriebswelle angeordnet ist, um das viskose Fluid daran zu hindern, aus der Fluidaufnahme­ kammer auszulaufen,
wobei das viskose Fluid in die Fluidaufnahmekammer mit einem vorgegebenen volumetrischen Füllungsverhältnis aus dem Be­ reich von 50% bis 70%, bezogen auf das gesamte Volumen der Fluidaufnahmekammer, eingefüllt ist.

Vorzugsweise umfaßt die Fluidaufnahmekammer eine Wärmeerzeu­ gungskammer, in der das Rotorelement und der Teil der An­ triebswelle angeordnet sind, wobei die Wärmeerzeugungskammer mittels des benachbart zu dem Teil der Antriebswelle angeord­ neten Dichtungselementes fluiddicht verschlossen ist, so daß ein Auslaufen des viskosen Fluids über den Außenumfang der Antriebswelle verhindert wird. Da das Dichtungselement durch die besondere Einstellung des Füllungsverhältnisses des vis­ kosen Fluids in der Fluidaufnahmekammer des Wärmegenerators gegen Bruch und Verschleiß geschützt ist, kann die Betriebs­ dauer des Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ mit Sicherheit eine lange sein.

Der Rest des Volumens der Fluidaufnahmekammer des Wärmegene­ rators vom Viskosfluid-Typ außer dem mit dem viskosen Fluid gefüllten Volumen ist vorzugsweise mit einem nicht-oxidieren­ den Gas gefüllt. Das Einfüllen des nicht-oxidierenden Gases in die Fluidaufnahmekammer erlaubt es, die Luft aus der Fluidaufnahmekammer zu entfernen. Demgemäß kann verhindert werden, daß das viskose Fluid oxidiert wird. So werden die chemischen und physikalischen Eigenschaften des viskosen Fluids über eine lange Betriebsdauer des Wärmegenerators unverändert erhalten. Daher kann eine stabile Wärmeerzeu­ gungsleistung des Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ während der Betriebsdauer des Wärmegenerators aufrechterhalten werden.

Das nicht-oxidierende Gas kann eines der Gase Stickstoff oder Kohlendioxid oder ein Edelgas sein, das Helium (He), Neon (Ne) und/oder Argon (Ar) umfaßt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Wärmegenerator vom Viskos­ fluid-Typ kann auch dann, wenn das viskose Fluid innerhalb der Fluidaufnahmekammer genügend Wärme zum Erreichen einer erforderlichen hohen Temperatur erzeugt, der Inhalt der Fluidaufnahmekammer, d. h., das viskose Fluid und das nicht­ oxidierende Gas, sich nicht so thermisch ausdehnen, daß er einen Druck aufweist, der weit oberhalb eines Grenzdrucks liegt, den das in dem Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ ent­ haltene Dichtungselement physisch aushalten kann. Somit wird das Dichtungselement ständig mit einem zulässigen Druck be­ aufschlagt, und deshalb kann die mechanische Beständigkeit des Dichtungselements während einer langen Betriebsdauer auf­ rechterhalten werden.

Wenn das Füllungsverhältnis des viskosen Fluids in der Fluidaufnahmekammer des Wärmegenerators größer ist als 70%, verursacht die thermische Ausdehnung des viskosen Fluids und des Gasgehalts der Fluidaufnahmekammer einen Anstieg des inneren Drucks in der Fluidaufnahmekammer bis auf ein hohes Druckniveau, welches das Dichtungselement des Wärmegenerators nicht aushalten kann. Als Ergebnis hiervon kann ein Defekt auftreten, durch den der luftdichte Verschluß der Fluidauf­ nahmekammer zerstört wird, was es dem viskosen Fluid erlaubt, aus der Fluidaufnahmekammer auszulaufen.

Beträgt andererseits das Füllungsverhältnis des viskosen Fluids in der Fluidaufnahmekammer weniger als 50%, so ist die Menge des viskosen Fluids, die der mittels des sich drehenden Rotorelements innerhalb der Fluidaufnahmekammer ausgeübten Scherwirkung unterworfen wird, nicht ausreichend, um die Wärme zu erzeugen, die dem Kraftfahrzeugheizungssystem zugeführt werden soll. Dementsprechend ist in diesem Fall die Wärmeerzeugungsleistung des Wärmegenerators vom Viskosfluid- Typ gering.

Die vorstehend genannten und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Aus­ führungsform eines erfindungsgemäßen Wärme­ generators vom Viskosfluid-Typ;

Fig. 2 ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Füllungsverhältnis des viskosen Fluids und dem in der Fluidaufnahmekammer herrschen­ den inneren Druck darstellt; und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine zweite Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Wärme­ generators vom Viskosfluid-Typ.

Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ eine Gehäuseanordnung, die von einem vorderen Gehäuse l, einer Trennplatte 2, einem hinteren Gehäusekörper 3 und einem Dichtungsring 4 gebildet wird. Das vordere Gehäuse 1, die Trennplatte 2, der hintere Gehäusekörper 3 und der Dichtungs­ ring 4 sind nebeneinanderstehend angeordnet und mittels meh­ rerer langer Schraubenbolzen 5 (von denen nur einer in Fig. 1 dargestellt ist) miteinander verbunden. Die Trennplatte 2 und der hintere Gehäusekörper 3 bilden ein hinteres Gehäuse 6, das eine Flüssigkeits-Einlaßöffnung 9 und eine Flüssigkeits- Auslaßöffnung (die in Fig. 1 nicht dargestellt ist, aber in ähnlicher Weise wie die Flüssigkeits-Einlaßöffnung 9 angeord­ net ist) aufweist.

Das vordere Gehäuse 1 ist mit einer inneren Stirnfläche ver­ sehen, in der eine große Ausnehmung so ausgebildet ist, daß sie einer vorderen Stirnfläche der Trennplatte 2 gegenüber­ steht und mit derselben eine Wärmeerzeugungskammer 7 um­ schließt. Eine hintere Stirnfläche der Trennplatte 2 und eine Innenwandfläche des hinteren Gehäusekörpers 3 umschließen ge­ meinsam eine Wärmeaufnahmekammer 8, die benachbart zu der Wärmeerzeugungskammer 7 angeordnet ist. Die Trennplatte 2 trennt die Wärmeaufnahmekammer 8 von der Wärmeerzeugungs­ kammer 7 und dient als Wärmeübertragungselement zwischen den Kammern 7 und 8. Die Wärmeaufnahmekammer 8 nimmt eine Wärme­ tauschflüssigkeit durch die Flüssigkeits-Einlaßöffnung 9 auf und gibt diese Flüssigkeit durch die Auslaßöffnung an ein externes Heizsystem, wie beispielsweise ein Kraftfahrzeug­ heizsystem, ab. Die Wärmetauschflüssigkeit zirkuliert durch die Wärmeaufnahmekammer 8 des Wärmegenerators und das externe Kraftfahrzeugheizsystem.

Die Trennplatte 2 ist in ihrer Mitte mit einem säulenförmigen Vorsprung 2a versehen, der von der Trennplatte 2 nach hinten zu der inneren Stirnfläche des hinteren Gehäusekörpers 3 hin vorsteht. Die hintere Stirnfläche der Trennplatte 2 ist mit einem radialen Wandbereich 2b versehen, der so ausgebildet ist, daß er sich von einem Bereich der Außenfläche des säulenförmigen Vorsprungs 2a aus in radialer Richtung er­ streckt. Die hintere Stirnfläche der Trennplatte 2 ist ferner mit mehreren Rippen 2c bis 2f versehen, die sich in Umfangs­ richtung von einer der Einlaßöffnung 9 benachbarten Stelle bis zu einer der Auslaßöffnung benachbarten Stelle er­ strecken. Der säulenförmige Vorsprung 2a, der radiale Wandbe­ reich 2b und die mehreren Rippen 2c bis 2f werden so mit der inneren Stirnfläche des hinteren Gehäusekörpers 3 in Kontakt gehalten, daß sie Strömungskanäle für die Wärmetauschflüssig­ keit innerhalb der Wärmeaufnahmekammer 8 bilden.

Das vordere Gehäuse 1 ist in seiner Mitte mit einem vorderen Nabenbereich versehen, in dem eine Lagereinrichtung 11 unter­ gebracht ist, welche eine Antriebswelle 12 drehbar lagert. Die Antriebswelle 12 ist mit einem hinteren Teil derselben versehen, um welchen ein axiales Außen-Polygonprofil 12a aus­ gebildet ist und welcher in der Wärmeerzeugungskammer 7 ange­ ordnet ist.

Ein Rotorelement 13 in der Form einer ebenen Platte ist auf dem hinteren Teil der Antriebswelle 12 angeordnet und so innerhalb der Wärmeerzeugungskammer 7 angeordnet, daß es zusammen mit der Antriebswelle 12 gedreht werden kann. Das Rotorelement 13 weist einen mittigen Nabenbereich auf, in dem eine mittige Bohrung, welche ein axiales Innen-Polygonprofil 13a aufweist, ausgebildet ist. Das Innen-Polygonprofil 13a des Rotorelements 13 steht mit dem Außen-Polygonprofil 12a der Antriebswelle 12 in Eingriff. D.h., daß das Rotorelement 13 in axialer Richtung relativ zu dem hinteren Teil der An­ triebswelle 12 beweglich ist, aber keine Drehbewegung relativ zu der Antriebswelle 12 ausführen kann. Eine axiale Bewegung des Rotorelements 13 relativ zu der Antriebswelle 12 tritt auf, wenn das Rotorelement 13 mit einer axialen Schubkraft beaufschlagt wird.

Eine Öldichtungseinrichtung 10 in der Form eines ringförmigen Dichtungsteils ist an einer vorderen Stelle der Wärmeerzeu­ gungskammer 7 um die Antriebswelle 12 angeordnet, um die Wärmeerzeugungskammer 7 luftdicht zu verschließen.

Beim erstmaligen Zusammenbau des Wärmegenerators vom Viskos­ fluid-Typ wird ein viskoses Fluid F, beispielsweise Sili­ konöl, in die Wärmeerzeugungskammer 7 eingefüllt. Wenn die Wärmeerzeugungskammer 7, die die Öldichtungseinrichtung 10, den hinteren Teil der Antriebswelle 12 und das Rotorelement 13 enthält, vor dem Einfüllen des Silikonöls ein noch ver­ bleibendes oder freies inneres Volumen Vt1 aufweist, so sollte das Volumen VF des in die Wärmeerzeugungskammer 7 ein­ gefüllten Silikonöls 50% bis 70% des freien inneren Volu­ mens Vt1 der Wärmeerzeugungskammer 7 betragen. Dabei ist, wenn auch die Wärmeerzeugungskammer 7 einen Großteil einer zur Aufnahme des viskosen Fluids (des Silikonöls) fähigen Fluidaufnahmekammer bildet, jeder Bereich, in den das einge­ füllte viskose Fluid gelangen kann, als Teil der Fluidauf­ nahmekammer anzusehen. Somit kann das Füllungsverhältnis R des viskosen Fluids in der Fluidaufnahmekammer durch die folgende Gleichung definiert werden:

R = VF/Vt1.

Das Füllungsverhältnis R sollte bei der ersten Ausführungs­ form des Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ auf einen Wert von 50% bis 70% eingestellt werden und vorzugsweise unge­ fähr 60% (R = 0,60) betragen.

Es versteht sich, daß das Füllungsvolumen VF des viskosen Fluids (des Silikonöls) beträchtlich kleiner ist als das freie innere Volumen Vt1 der Fluidaufnahmekammer. Da jedoch der Zwischenraum zwischen den Innenwandflächen der Wärmeer­ zeugungskammer 7 und der Außenfläche des Rotorelements 13 sehr klein ist, wird das Silikonöl, sobald das Rotorelement 13 sich zu drehen beginnt, aufgrund von auf das Silikonöl wirkender Oberflächenspannung gleichmäßig in alle Bereiche des kleinen Zwischenraums zwischen den Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer 7 und der Außenfläche des Rotorelements 13 verteilt. Daher kann, wenn das viskose Fluid, beispiels­ weise das Silikonöl, in dem vorstehend erwähnten Füllungsver­ hältnis R in die Wärmeerzeugungskammer 7 gefüllt wird, das viskose Fluid innerhalb der Wärmeerzeugungskammer 7 mit Sicherheit Wärme erzeugen, die ausreicht, um bei dem Kraft­ fahrzeugheizsystem verwendet zu werden.

Ferner kann der Rest des Volumens der Fluidaufnahmekammer, d. h., der Wärmeerzeugungskammer 7, der nicht mit dem visko­ sen Fluid gefüllt ist, mit Luft unter Atmosphärendruck ge­ füllt sein. (Wenn beispielsweise das Füllungsverhältnis R des viskosen Fluids auf 60% eingestellt ist, beträgt der Rest des Volumens der Fluidaufnahmekammer 40% von Vt1.)
Jedoch wird der Rest des Volumens der Fluidaufnahmekammer vorzugsweise mit einem nicht-oxidierenden Gas, beispielsweise mit Stickstoff oder Kohlendioxid oder mit einem Edelgas, wie beispielsweise Helium, Neon, Argon usw., gefüllt. Das in die Fluidaufnahmekammer eingefüllte Gas kann unter einem Druck, der geringer ist als der Atmosphärendruck, welcher normaler­ weise 1,013 · 10⁵ Pa (1 atm) beträgt, eingefüllt werden.

Eine Riemenscheibe 15 ist mittels eines Schraubenbolzens 14 an einem vorderen Ende der Antriebswelle 12 festgelegt. Die Riemenscheibe 15 ist über einen (nicht dargestellten) Riemen mit einer externen Antriebsquelle, wie beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor, verbunden. Deshalb wird die Drehbewegung der Antriebswelle 12 durch den Kraftfahrzeugmotor so ange­ trieben, daß sich das Rotorelement 13 innerhalb der Wärme­ erzeugungskammer 7 dreht. Dementsprechend übt die Drehung des Rotorelements 13 eine Scherwirkung auf das zwischen den Innenwänden der Wärmeerzeugungskammer 7 und der Außenfläche des Rotorelements 13 gehaltene viskose Fluid aus. Dadurch erzeugt das viskose Fluid Wärme, die wiederum auf die durch die Wärmeaufnahmekammer 8 strömende Wärmetauschflüssigkeit übertragen wird. Die Wärmetauschflüssigkeit wird durch die Auslaßöffnung des Wärmegenerators abgegeben und bringt die Wärme zu dem externen Kraftfahrzeugheizsystem, das einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs aufheizt.

Das Schaubild in Fig. 2 stellt das Ergebnis von Messungen dar, die eine Beziehung zwischen dem (längs der Abszisse auf­ getragenen) Füllungsverhältnis R des viskosen Fluids und dem in der Wärmeerzeugungskammer 7 herrschenden inneren Druck bei verschiedenen Temperaturen des viskosen Fluids, die auf der Wärmeerzeugung beruhen, aufzeigen. Die für die Wärmemessung ausgewählten Temperaturen waren 150°C, 200°C und 250°C. Damit der Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ als eine Zusatzheiz­ quelle für ein Kraftfahrzeugheizsystem verwendet werden kann, sollte der Wärmegenerator vorzugsweise Wärme mit einer Tempe­ ratur zwischen 200°C und 250°C erzeugen. Wenn die Temperatur des viskosen Fluids geringer ist als 150°C, kann die Wärme­ tauschflüssigkeit innerhalb der Wärmeaufnahmekammer 8 nicht genügend Wärme aufnehmen, um für das Kraftfahrzeugheizsystem verwendet zu werden. Das liegt daran, daß in dem Kraftfahr­ zeugheizsystem ein Motorkühlwasser, das um den Fahrzeugmotor zirkuliert, als Wärmetauschflüssigkeit verwendet wird und demgemäß die Wärmetauschflüssigkeit an sich schon eine rela­ tiv hohe Temperatur aufweisen kann. Als ein Ergebnis hiervon kann, wenn die Temperatur des viskosen Fluids innerhalb der Wärmeerzeugungskammer 7 relativ niedrig ist, aufgrund des kleinen Temperaturgradienten keine effektive Wärmeübertragung von dem viskosen Fluid zu der Wärmetauschflüssigkeit in der Wärmeaufnahmekammer 8 stattfinden. Andererseits ist ein vis­ koses Fluid, das eine ausreichende thermische Beständigkeit gegenüber einer Temperatur oberhalb von 250°C aufweist, nicht leicht erhältlich und wäre überdies sehr teuer, wenn es er­ hältlich wäre. Deshalb muß der Wärmegenerator vom Viskos­ fluid-Typ so ausgelegt werden, daß die durch die Wärme­ erzeugung des viskosen Fluids erhaltene Temperatur ständig niedriger als 250°C gehalten wird.

Aus dem Schaubild der Fig. 2 ist ersichtlich, daß sogar in dem Fall, in dem die Temperatur des viskosen Fluids 250°C beträgt, der innere Druck P in der Wärmeerzeugungskammer 7 weniger als 2,943 · 10⁵ Pa (3 kp/cm²) beträgt, was dem maxi­ mal zulässigen Druck entspricht, dem herkömmliche Öldich­ tungseinrichtungen standhalten können, wenn das Füllungsver­ hältnis R des viskosen Fluids auf einen Wert niedriger als oder gleich 0,7 eingestellt wird.

Die Vorteile der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ sind die folgenden:

• (a) Das Füllungsverhältnis R des viskosen Fluids in der Wärmeerzeugungskammer 7 ist auf einen Wert unterhalb von 0,7 (70%) eingestellt. Als ein Ergebnis hiervon steigt der in der Wärmeerzeugungskammer 7 herrschende innere Druck nicht über 2,943 10⁵ Pa (3 kp/cm²) an, wenn das viskose Fluid F innerhalb der Wärmeerzeugungskammer 7 in Abhängigkeit von der Drehung des Rotorelements 13 Wärme erzeugt. Daher wird die Öldichtungseinrichtung 10 weder beschädigt noch zerbrochen. Somit kann als Öldichtungs­ einrichtung 10 eine herkömmliche Öldichtungseinrichtung verwendet werden, die eine durchschnittliche Druckbe­ ständigkeit von 2,943 10⁵ Pa (3 kp/cm²) aufweist und ohne weiteres am Markt erhältlich ist.
• (b) Die Öldichtungseinrichtung 10, die die Fluidaufnahme­ kammer, welche im wesentlichen der Wärmeerzeugungskammer 7 entspricht, luftdicht verschließt, wird nicht mit einem übermäßig hohen Druck beaufschlagt, der sonst auf­ grund eines Anstiegs des inneren Druckes P der Wärmeer­ zeugungskammer 7 während des Betriebs des Wärmegenera­ tors vom Viskosfluid-Typ entstehen könnte. Daher kann die Betriebsdauer der Öldichtungseinrichtung 10 an sich ausreichend lange sein.
• (c) Die Dichtungseinrichtung 10 kann aus einer der herkömm­ lichen, preiswerten Öldichtungseinrichtungen, die am Markt erhältlich sind, gebildet sein. Dadurch können die Herstellungskosten des Wärmegenerators vom Viskosfluid- Typ an sich niedrig gehalten werden, während die Be­ triebsdauer der darin enthaltenen Öldichtungseinrichtung verlängert und die Betriebszuverlässigkeit des Wärme­ generators verbessert werden.
• (d) Wenn ein nicht-oxidierendes Gas, wie beispielsweise Stickstoff, in den nicht von dem viskosen Fluid ausge­ füllten Bereich der Wärmeerzeugungskammer 7 eingefüllt wird, kann eine Degradation oder Zersetzung des viskosen Fluids, beispielsweise des Silikonöls, aufgrund von Oxidation bei einer hohen Temperatur in effektiver Weise verhindert werden. Dadurch können die chemischen und physikalischen Eigenschaften des viskosen Fluids, bei­ spielsweise des Silikonöls, während einer langen Be­ triebsdauer des Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ unverändert erhalten werden. Auf diese Weise kann die Wärmeerzeugungsleistung des Wärmegenerators vom Viskos­ fluid-Typ während einer langen Betriebsdauer des Wärme­ generators stabil gehalten werden.

Die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ kann in der nachfolgend beschriebenen Weise modifiziert werden.

Eine Magnetkupplung kann zwischen der Riemenscheibe 15 und der Antriebswelle 12 des Wärmegenerators so angeordnet werden, daß eine Antriebskraft von dem Fahrzeugmotor über die Magnetkupplung zu der Antriebswelle 12 übertragen werden kann. Auf diese Weise kann die Übertragung der Antriebskraft von der externen Antriebsquelle zu dem Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ mittels eines von außen angelegten Steuer­ signals gesteuert werden.

Fig. 3 stellt eine zweite Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ dar. Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ, die in Fig. 3 dargestellt ist, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmegenerators, die in Fig. 1 dargestellt ist, dadurch, daß eine zusätzliche Hilfs-Fluidaufnahmekammer 20, die als ein Fluidreservoir dient, benachbart zu der Wärmeerzeugungskammer 7 angeordnet ist, um das viskose Fluid F darin zu speichern.

Die Hilfs-Fluidaufnahmekammer 20 ist zwischen der hinteren Stirnfläche der Trennplatte 2 und dem hinteren Gehäusekörper 3 ausgebildet, und eine Wärmeaufnahmekammer 23, die dieselbe Funktion wie die Kammer 8 der ersten Ausführungsform aus Fig. 1 hat, ist um die Hilfs-Fluidaufnahmekammer 20 herum angeord­ net. Eine Einlaßöffnung 21 und eine Auslaßöffnung 22 sind für die Wärmeaufnahmekammer 23 zum Zuführen der Wärmetauschflüs­ sigkeit zu der Kammer 23 bzw. zum Abgeben der Wärmetausch­ flüssigkeit aus der Kammer 23 vorgesehen.

Die Trennplatte 2 des hinteren Gehäuses 6 ist mit einer darin ausgebildeten Fluidabführöffnung 24 und einer darin ausgebil­ deten Fluidzuführöffnung 25 versehen. Diese Öffnungen 24 und 25 sind vorgesehen, um die Wärmeerzeugungskammer 7 mit der Hilfs-Fluidaufnahmekammer 20 zu verbinden. D.h., daß bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ die Fluidaufnahmekammer zum Aufnehmen des viskosen Fluids F durch die Wärmeerzeugungskammer 7 und die Hilfs-Fluidaufnahmekammer 20 gebildet wird.

Wenn das noch verbleibende oder freie innere Volumen der Wärmeerzeugungskammer 7, die die Öldichtungseinrichtung 10, das hintere Ende der Antriebswelle 12 und das Rotorelement 13 enthält, vor dem Einfüllen des viskosen Fluids als Vt1 be­ zeichnet wird, das gesamte Volumen der Hilfs-Fluidaufnahme­ kammer 20 und der beiden Öffnungen 24 und 25 als Vt2 bezeich­ net wird und die volumetrische Menge des in die Wärmeerzeu­ gungskammer 7 und in die Hilfs-Fluidaufnahmekammer 20 ge­ füllten viskosen Fluids als VF2 bezeichnet wird, kann das Füllungsverhältnis R des viskosen Fluids durch die folgende Gleichung definiert werden:

R = VF2/( Vt1 + Vt2 ).

Wenn das Füllungsverhältnis R des viskosen Fluids bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ auf einen Wert von 0,5 bis 0,7 einge­ stellt wird, weist der Wärmegenerator in entsprechender Weise die vorstehend erwähnten Vorteile (a) bis (d) auf.

Es versteht sich, daß die Fluidaufnahmekammer der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmegenerators von der Wärmeerzeugungskammer 7, der Hilfs-Fluidaufnahmekammer 20 und allen weiteren Hohlräumen und Öffnungen gebildet wird, in die das viskose Fluid eindringen kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbei­ spiele der vorliegenden Erfindung ergibt sich, daß ein erfin­ dungsgemäßer Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ eine verbes­ serte Betriebszuverlässigkeit und eine längere Betriebsdauer aufweist.

Das viskose Fluid, von dem in der vorstehenden Beschreibung die Rede ist, ist nicht auf das beispielhaft beschriebene Silikonöl beschränkt. Alle Arten fluider Medien, die dazu fähig sind, bei Anwendung einer Scherwirkung Reibungswärme zu erzeugen, können bei dem erfindungsgemäßen Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ verwendet werden.

Ferner ergeben sich für den Fachmann zahlreiche Modifikatio­ nen und Abwandlungen des erfindungsgemäßen Wärmegenerators, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims (5)

1. Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ, der folgendes umfaßt:
eine Gehäuseanordnung (1, 6), in der eine Fluidaufnahme­ kammer (7; 7, 20) zum Aufnehmen eines viskosen Fluids und eine von einem Wärmetauschfluid durchströmbare Wärmeaufnahmekammer (8; 23) ausgebildet sind;
eine Antriebswelle (12), die an der Gehäuseanordnung (1, 6) drehbar gelagert ist und deren Drehbewegung von einer externen Antriebsquelle antreibbar ist, wobei die An­ triebswelle (12) einen Teil derselben umfaßt, der sich in die Gehäuseanordnung (1, 6) erstreckt;
ein Rotorelement (13), das auf dem Teil der Antriebs­ welle (12) so angeordnet ist, daß es in der Fluidauf­ nahmekammer (7; 7, 20) gedreht werden kann, wobei die Drehung des Rotorelements (13) eine Scherwirkung auf das viskose Fluid ausübt, um Wärme zu erzeugen;
ein Wärmeübertragungselement (2), das zwischen der Fluidaufnahmekammer (7; 7, 20) und der Wärmeaufnahme­ kammer (8; 23) angeordnet ist, um Wärme von dem viskosen Fluid zu dem Wärmetauschfluid zu übertragen; und
ein Dichtungselement (10), das an einer zu der Fluidauf­ nahmekammer (7; 7, 20) benachbarten Stelle um die An­ triebswelle (12) angeordnet ist, um zu verhindern, daß das viskose Fluid aus der Fluidaufnahmekammer (7; 7, 20) aus läuft,
wobei das viskose Fluid in die Fluidaufnahmekammer (7; 7, 20) mit einem volumetrischen Füllungsverhältnis (R) aus dem Bereich von 50% bis 70%, bezogen auf das ge­ samte Volumen der Fluidaufnahmekammer (7; 7, 20), einge­ füllt ist.

2. Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidaufnahmekammer eine Wärmeerzeugungskammer (7) umfaßt, in der das Rotorele­ ment (13) und der Teil der Antriebswelle (12) angeordnet sind, wobei die Wärmeerzeugungskammer (7) mittels des dem Teil der Antriebswelle (12) benachbart angeordneten Dichtungselementes (10) so fluiddicht verschlossen ist, daß ein Auslaufen des viskosen Fluids über einen Außen­ umfang der Antriebswelle (12) verhindert wird.

3. Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidaufnahmekammer ferner eine zusätzliche Hilfs-Fluidaufnahmekammer (20) umfaßt, die benachbart zu der Wärmeerzeugungskammer (7) angeordnet ist und in Fluidverbindung mit der Wärme­ erzeugungskammer (7) steht.

4. Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest des Volumens der Fluidaufnahmekammer (7; 7, 20) des Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ, der nicht von dem viskosen Fluid eingenommen wird, mit einem nicht-oxidie­ renden Gas gefüllt ist.

5. Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-oxidierende Gas, das die Fluidaufnahmekammer (7; 7, 20) füllt, Stick­ stoff, Kohlendioxid, Helium, Neon oder Argon umfaßt.