DE19730337C2 - Viskoheizgerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Viskoheizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Viskoheizgeräte, die durch die Antriebskraft von Kraftfahrzeugmotoren betrieben werden, sind zur Verwendung als eine Hilfsheizquelle weit verbreitet. Die JP 2-246823 A beschreibt ein typisches Viskoheizgerät, das in einer Fahrzeugheizeinrichtung integriert ist.

Das Viskoheizgerät hat ein vorderes Gehäuse und ein hinteres Gehäuse, die miteinander verbunden sind. Eine Heizkammer ist in dem vorderen und hinteren Gehäuse ausgebildet, wobei ein Wassermantel (Wärmeaustauschkammer) die Heizkammer umgibt. Eine Antriebswelle ist drehbar durch ein Lager in dem vorderen Gehäuse abgestützt. Ein Rotor ist an einem Ende der Antriebswelle innerhalb der Heizkammer fixiert. Folglich werden der Rotor sowie die Antriebswelle integral gedreht. Rippenförmige Vorsprünge sind an den vorderen und hinteren Seiten des Rotors vorgesehen und liegen inneren Wänden der Heizkammer gegenüber. Die sich gegenüberliegenden Vorsprünge sind zueinander ausgerichtet, um labyrinthförmige Nuten auszubilden. Darüber hinaus sind die sich gegenüberliegenden Vorsprünge voneinander beabstandet, um einen labyrintriförmigen Spalt zwischen den äußeren Flächen des Rotors und den inneren Wänden der Heizkammer auszuformen. Eine vorbestimmte Menge an Viskosefluid wie beispielsweise Silikonöl ist in der Heizkammer enthalten. Das Viskosefluid füllt ferner den labyrinthförmigen Spalt.

Wenn die Antriebskraft des Motors auf die Antriebswelle übertragen wird, dann dreht die Antriebswelle zusammen mit dem Rotor in der Heizkammer. Das viskose Fluid zwischen den inneren Wänden der Heizkammer und den äußeren Seiten des Rotors wird durch die Rotation des Rotors geschert. Dies resultiert in einer Fluidreibung und erzeugt Wärme. Ein Wärmeaustausch findet statt zwischen der Heizkammer und dem Kühlmittel, das durch den Wassermantel zirkuliert. Das aufgeheizte Kühlmittel wird anschließend in einen externen Heizkreislauf abgegeben, um die Fahrgastzelle aufzuwärmen.

Das aus dem Stand der Technik bekannte Viskoheizgerät gemäß vorstehender Beschreibung erfordert die rippenförmigen Vorsprünge, die auf den vorderen und hinteren Flächen des Rotors ausgebildet sind, um die labyrinthförmigen Nuten auszuformen. Folglich ist der Rotorkörper scheibenförmig, wobei die axiale Länge des Körpers kürzer ist als der Radius des Körpers. In solch einem Rotor entspricht die Hauptscherfläche den rippenförmigen Flächen, die an den vorderen und hinteren Seiten des Rotors vorgesehen sind. Darüber hinaus wird die Rotationsgeschwindigkeit (d. h. die Schergeschwindigkeit) der rippenförmigen Vorsprünge höher an solchen Positionen, die am weitesten von der Achse des Rotorkörpers entfernt liegen. Folglich ist es notwendig, den Rotordurchmesser zu vergrößern, d. h., den äußeren Durchmessers des Rotorkörpers, um den Heizwert des Heizgerätes zu erhöhen. Jedoch ist Bauraum, insbesondere der Raum innerhalb des Motorraums, begrenzt. Wenn der Radius des Viskoheizgerätes groß ist, ist es folglich schwierig, ausreichenden Bauraum für das Heizgerät innerhalb eines Motorraums zu schaffen. Darüber hinaus beeinflußt ein groß bauendes Viskoheizgerät die Gestaltung anderer Einrichtungen des Fahrzeugs.

Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Viskoheizgerät zu schaffen, das den Heizwert konstant hält und die Installation in Fahrzeugen und dergleichen erleichtert.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Viskoheizgerät zu schaffen, das eine höhere Heizleistung hat und das mit dem Problemen fertig wird, die auftreten, wenn die Grundform (oder Dimensionierung) des Rotors und des Heizgerätkörpers verändert werden.

Zur Lösung vorstehend genannter Aufgaben schafft die vorliegende Erfindung ein Viskoheizgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden ersichtlich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellen.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Viskoheizgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Viskoheizgerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die den Hauptabschnitt eines Viskoheizgeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die den Hauptabschnitt eines Viskoheizgeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt und

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die den Hauptabschnitt eines Viskoheizgeräts gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Ein Viskoheizgerät, das in einer Fahrzeugheizeinrichtung untergebracht ist, wird gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nachstehend mit Bezug auf die Fig. 1 beschrieben. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, hat das Viskoheizgerät des ersten Ausführungsbeispiels ein Gehäuse, das durch ein zylindrisches Zwischengehäuse 1, einen Zylinderblock 2, ein vorderes Gehäuse 5 und ein hinteres Gehäuse 6 aufgebaut ist. Das Gehäuse ist an einem Motor (nicht gezeigt) des Fahrzeuges befestigt.

Der Zylinderblock 2, der im wesentlichen zylindrisch ist, ist in das Zwischengehäuse 1 gepreßt. Eine Rippe 2a erstreckt sich schraubenförmig entlang der peripheren Fläche des Zylinderblocks 2. Die vorderen Enden des Zwischengehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 sind an das vordere Gehäuse 5 mit einer dazwischen angeordneten Dichtung 3 angeschlossen. Die hinteren Enden des Zwischengehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 sind an das hintere Gehäuse 6 mit einer dazwischen angeordneten Dichtung 4 angeschlossen. Eine Heizkammer 7 ist in dem Zylinderblock 2 ausgebildet. Folglich bilden der Zylinderblock 2, das vordere Gehäuse 5 sowie das hintere Gehäuse 6 ein Teilungsbauteil, welches die Heizkammer 7 in dem Gehäuse ausbildet.

Wenn der Zylinderblock 2 in das Zwischengehäuse 1 gepreßt wird, dann stößt die schraubenförmige Rippe 2a auf der peripheren Fläche des Zylinderblocks 2 gegen die innere Wand des Zwischengehäuses 1 an. Ein Wassermantel 8 (Wassermantelkammer), die als eine Wärmeaustauschkammer dient, ist in dem Spalt zwischen der peripheren Fläche des Zylinderblocks 2 und einer inneren Fläche des Zwischengehäuses 1 ausgebildet.

Ein Einlaßanschluß 9a ist an der Vorderseite des Zwischengehäuses 1 vorgesehen. Kühlmittel, das als ein Zirkulationsfluid dient, zirkuliert zwischen einem Fahrzeugheizkreis (nicht gezeigt) und der Wassermantelkammer 8 durch den Einlaßanschluß 9a. Ein Auslaßanschluß 9b ist an der Hinterseite des Zwischengehäuses 1 vorgesehen. Das Kühlmittel wird von der Wassermantelkammer 8 in den Heizkreis durch den Auslaßanschluß 9a ausgegeben. In der Wassermantelkammer 8 dient die Rippe 2a als eine Einrichtung für das Führen des zirkulierenden Fluids und schafft einen schraubenförmigen Zirkulationskanal für das zirkulierende Fluid, welches von dem Einlaßanschluß 9a zu dem Auslaßanschluß 9b strömt. Lager 10, 11 sind in den vorderen und hinteren Gehäusen 5, 6 jeweils vorgesehen. Die Lager 10, 11 stützen in drehbarer Weise eine Antriebswelle 12 ab. Eine Öldichtung 13 ist in dem vorderen Gehäuse 5 angrenzend an die Heizkammer 7 vorgesehen. Eine Öldichtung 14 ist in dem hinteren Gehäuse 6 angrenzend an die Heizkammer 7 vorgesehen. Der mittlere Abschnitt der Antriebswelle 12 innerhalb der Heizkammer 7 ist zwischen den Öldichtungen 13, 14 angeordnet. Folglich dichten die Öldichtungen 13, 14 den inneren Raum der Heizkammer 7 ab. In der Heizkammer 7 ist ein Rotor 20 an der Antriebswelle 12 fixiert und durch diese gelagert, derart, daß er integral mit der Welle 12 dreht.

Der Rotor 20 hat ein Paar fixierter Platten 21, 22, die aus einer Aluminiumlegierung bestehen und ein zylindrisches Bauteil 23. Öffnungen 21a, 22a erstrecken sich jeweils durch die Mitte der fixierten Platten 21, 22. Die Antriebswelle 12 ist durch die Öffnungen 21a, 22a eingesetzt. Die fixierten Platten 21, 22 sind mit einem vorbestimmten Abstand zueinander in der Heizkammer 7 angeordnet und an der Antriebswelle 12 fixiert, um mit der Welle 12 integral zu drehen. Das zylindrische Bauteil 23 ist an den fixierten Platten 21, 22 befestigt. Folglich wird der Rotor 20 in einer trommelförmigen Weise ausgebildet und hat eine hohle Speicherkammer 24, die abgedichtet ist.

Der Rotor 20 hat eine zylindrische periphere Fläche, deren axiale Länge L länger ist als deren Radius R bzw. deren radiale Länge, welche sich von der Achse des Rotors 20 aus erstreckt (koaxial mit der Antriebswelle 12). Der Radius R des Rotors 20 wird derart bestimmt, so daß ein geringer Hohlraum (Spalt) zwischen der zylindrischen Fläche des Rotors 20 und der inneren Fläche der Heizkammer 7 entsteht (oder der inneren Fläche des Zylinderblocks 2). Die axiale Länge L des Rotors 20 wird derart bestimmt, daß ein geringer Hohlraum (Spalt) zwischen den Endflächen des Rotors 20 (oder den äußeren Flächen der fixierten Platten) und den zugehörigen Endflächen der Heizkammer 7 (oder den inneren Endflächen des vorderen und hinteren Gehäuses 5, 6) geschaffen wird. In dem Rotor 20 funktioniert das zylindrische Bauteil 22 als die periphere Wand des Rotors 20, wobei die fixierten Platten 21, 22 als die Endwandungen des Rotors 20 funktionieren.

Eine Mehrzahl von Verbindungslöchern 25 (lediglich zwei werden in der Fig. 1 gezeigt) sind in dem axialen mittleren Abschnitt des zylindrischen Bauteils 23 vorgesehen. Die Verbindungslöcher 25 sind entlang des zylindrischen Bauteils 25 mit einem gleichen Winkel zwischen zwei benachbarten Löchern 25 angeordnet. Wenn beispielsweise zwei Verbindungslöcher 25 vorgesehen sind, dann beträgt der Winkelabstand zwischen den zwei Löchern 25 180°. Wenn vier Verbindungslöcher 25 vorgesehen sind, dann beträgt der Winkelabstand zwischen benachbarten Löchern 25 90°. Die Anordnung der Verbindungslöcher 25 ermöglicht zumindest einem Loch 25, daß es niedriger als die Antriebswelle 12 (unter der Antriebswelle 12) angeordnet wird und zumindest einem Loch 25, daß es höher als die Antriebswelle 12 (über der Antriebswelle 12) angeordnet wird, ungeachtet dessen an welcher Stelle die Drehung des Rotors 20 stoppt. Jedes Verbindungsloch 25 dient als ein Verbindungskanal, der den inneren Raum des Rotors 20 oder der Speicherkammer 24 mit dem inneren Raum der Heizkammer 7 oder dem Spalt verbindet. Darüber hinaus dient jedes Verbindungsloch 7 als ein Kanal für das Zuführen und Wiederaufnehmen des viskosen Fluids. Folglich ist die Speicherkammer 24 Teil der Heizkammer 7.

Die Heizkammer 7 enthält eine vorbestimmte Menge von Silikonöl, welches als das viskose Fluid dient. Da die Heizkammer 7 mit der Speicherkammer 24 durch die Verbindungslöcher 25 fluidverbunden ist, tritt das Silikonöl F in die Speicherkammer 24 durch die Verbindungslöcher 25 ein, wenn das Silikonöl F in die Heizkammer 7 ausgegeben wird. Das Volumen der freien Raums innerhalb der Speicherkammer 24 wird durch den Wert V1 repräsentiert, wobei das Gesamtvolumen jedes Spalts, die zwischen der äußeren Fläche des Rotors 20 und den inneren Wänden der Heizkammer 7 ausgebildet sind, durch den Wert V2 repräsentiert wird. Die Gesamtauslaßmenge Vf an Silikonöl wird derart bestimmt, daß das Auslaßverhältnis an Silikonöl innerhalb des Bereichs von 50% bis 70% liegt mit Bezug auf das Gesamtvolumen an freiem Raum innerhalb der Heizkammer 7 (V1 + V2) unter normalen Temperaturen, welches die Speicherkammer 24 mit umfaßt. Die Fig. 1 zeigt das Silikonöl F, welches sich gegen die innere Wand der Speicherkammer 24 ausdehnt, wie es unter normalen Bedingungen während der Rotation des Rotors 20 der Fall ist. Ein Lager 16 ist in dem vorderen Gehäuse 5 angeordnet, um eine Riemenscheibe 18 drehbar zu halten. Die Riemenscheibe 18 ist an das vordere Ende der Antriebswelle 12 durch einen Schraubenbolzen 17 befestigt. Die Riemenscheibe 18 ist an einen Fahrzeugmotor wirkangeschlossen, der als eine externe Antriebsquelle dient und zwar durch einen Übertragungsriemen (nicht gezeigt). Folglich dreht die Antriebskraft des Motors die Antriebswelle 12 mittels der Riemenscheibe 18. Der Rotor 20 wird integral mit der Antriebswelle 12 gedreht. Das Silikonöl F, das in dem Hohlraum zwischen der äußeren Fläche des Rotors 20 und den inneren Wänden der Heizkammer 7 enthalten ist, wird hierdurch geschert und durch die Rotation des Rotors 20 aufgeheizt. Ein Wärmeaustausch findet statt durch den Zylinderblock 2 zwischen dem aufgeheizten Silikonöl und dem Kühlmittel, welches durch die Wassermantelkammer 8 strömt. Das aufgeheizte Kühlmittel wird in den Heizkreis abgegeben. Dies temperiert die Fahrgastzelle.

In diesem Zustand wird die Wärmemenge Q1 der Endflächen des Rotors 20 durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt:

Q1 = πµω²R⁴/δ2 (1)

In dieser Gleichung repräsentiert das Zeichen µ den Viskositätskoeffizienten, δ2 den Abstand zwischen jeder Endfläche des Rotors 20 und der zugehörigen Endfläche der Heizkammer 7, ω die Winkelgeschwindigkeit und R den Radius des Rotors R.

Die Wärmemenge Q2 der zylindrischen peripheren Fläche des Rotors 20 wird durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt:

Q2 = 2πµω²R³L/δ1 (2)

In dieser Gleichung repräsentiert das Zeichen L die axiale Länge des Rotors 20 und δ1 den Abstand zwischen der peripheren Fläche des Rotors 20 und der inneren Fläche der Heizkammer 7.

Die Bedingung δ1 < δ2 muß erfüllt sein, um zu erreichen, daß die periphere Fläche des Rotors 20 als die Hauptscherfläche funktioniert. Darüber hinaus wird die Bedingung von Q1 < Q2 durch die Verwendung des Rotors 20 erfüllt, der gekennzeichnet ist durch die Ungleichung R (Radius) < L (axiale Länge). Dies resultiert in einer großen Wärmemenge Q2, die an der peripheren Fläche des Rotors 20 erzeugt wird.

Die spiralförmige Rippe 2a funktioniert als eine Wärmeleitereinrichtung, welche die Wärme, die durch den Zylinderblock 2 von der Heizkammer 7 übertragen wird zu dem Zwischengehäuse 1 leitet. Als ein Ergebnis hiervon nimmt das Kühlmittel, welches durch die Wassermantelkammer 8 zirkuliert, die Wärme sowohl des Zylinderblocks 2 als auch des Zwischengehäuses 1 auf. Das bedeutet, daß der Zylinderblock 2 als ein inneres Teilungsbauteil der Wassermantelkammer 8 dient, wobei das Zwischengehäuse 1 als ein äußeres Teilungsbauteil der Wassermantelkammer 8 funktioniert.

Die vorteilhafte Wirkung des Ausführungsbeispiels werden nachfolgend beschrieben.

• 1. Wenn die Drehung der Antriebswelle 12 und des Rotors 20 gestoppt wird, dann verbindet sich das Silikonöl F in der Speicherkammer 24 und das Silikonöl in dem Spalt der Heizkammer 7 miteinander durch ein Verbindungsloch 25, das an einer Position unterhalb der Antriebswelle 12 angeordnet ist. Aus diesem Grunde wird das Flüssigkeitsniveau an Silikonöl innerhalb der Speicherkammer 24 und das Flüssigkeitsniveau an Silikonöl innerhalb des Spalts der Heizkammer 7 im wesentlichen gleich. Das Flüssigkeitsniveau ist in Übereinstimmung mit der Gesamtauslaßmenge Ff an Silikonöl eingestellt, wie es vorstehend beschrieben worden ist und ist entweder gleich dem Niveau der Antriebswelle 12 oder überschreitet das Niveau der Antriebswelle 12.
  Falls die Antriebswelle 12 sowie der Rotor 20 von diesem Zustand aus gedreht werden, dann schert der Rotor 20 das Silikonöl in dem Hohlraum, welcher den Rotor umgibt. Gleichzeitig bewirkt eine Zentrifugalkraft, wie in der Fig. 1 gezeigt wird, daß das Silikonöl F in der Speicherkammer 24 in eine Richtung weg von der Achse der Antriebswelle 12 durch die Verbindungslöcher 25 und in den Hohlraum der Heizkammer 7 strömt. In anderen Worten ausgedrückt bewirkt die Zentrifugalkraft, daß das Silikonöl F in der Speicherkammer 24 sich gegen die innere Fläche der Speicherkammer 24 ausbreitet (die innere Fläche des zylindrischen Bauteils 23). Auf diese Weise wird das Silikonöl F in der Speicherkammer 24 in den Hohlraum zwischen der äußeren Fläche des Rotors 20 und er inneren Wand der Heizkammer 7 ausgegeben. Gleichzeitig tritt die Luft (Gas) innerhalb des Hohlraums in die Speicherkammer 24 ein. Als ein Ergebnis hiervon wird der gesamte Hohlraum um den Rotor 20 im wesentlichen mit dem Silikonöl aufgefüllt, ohne daß Luft darin verbleibt. Dies hält die Wärmeleistung aufrecht oder erhöht diese.
  Infolge des Weissenberg-Effekts des viskosen Fluids bewirkt die Rotation der Antriebswelle 12, daß das Silikonöl sich um die Antriebswelle 12 in dem Hohlraum konzentriert, der an Endbereichen des Rotors 20 vorgesehen ist oder an den äußeren vorderen und hinteren Seiten des Rotors 20. Folglich wird das Silikonöl in der peripheren Region des Rotors 20 oder an der äußeren rohrförmigen Fläche in Richtung zu dem Hohlraum an den vorderen und hinteren Enden des Rotors 20 gesaugt. Wenn zusätzlich Silikonöl F nicht zu der peripheren Region des Rotors 20 gefördert wird, dann kann der Weissenberg-Effekt bewirken, daß Öl an der peripheren Region unzureichend wird, wobei folglich die Wärmekapazität verringert wird. Jedoch wird gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel Silikonöl kontinuierlich zu dem peripheren Bereich des Rotors 20 von der Speicherkammer 24 aus während der Rotation des Rotors 20 gefördert.
  In dem ersten Ausführungsbeispiel füllt Silikonöl kontinuierlich den peripheren Bereich unerachtet der unerwünschten Fluidbewegung, welche durch den Weissenberg-Effekt verursacht wird. Dies hält die Heizkapazität der Rotorscherung aufrecht oder erhöht diese.
• 2. Die kontinuierliche (fortlaufende) Rotation der Antriebswelle 12 und des Rotors 20 zwingt graduell das Silikonöl F innerhalb der Speicherkammer 24 in den Raum bzw. Spalt innerhalb der Heizkammer 7. Wenn die Rotation der Antriebswelle 12 und des Rotors 20 stoppt, dann wird zumindest eines der Verbindungslöcher 25 an einer Position unterhalb der Antriebswelle 12 plaziert. Wenn die Rotation stoppt, dann wird das Silikonöl, das sich in dem Hohlraum befindet, in die Speicherkammer 24 zurückgeleitet. Folglich kehrt der Flüssigkeitsstand an Silikonöl F in der Speicherkammer 24 auf dessen ursprünglichen Flüssigkeitsstand zurück, wenn die Rotation des Rotors 20 stoppt.
• 3. Der Aufbau, durch welchen das Silikonöl in den Hohlraum bzw. Spalt von der Speicherkammer 24 innerhalb des Rotors 20 aus gefördert wird, erhöht den Absolutbetrag an Silikonöl, welcher geschert wird. Da das Silikonöl für eine verhältnismäßig lange Zeit hält, bis es vollständig zerstört ist, erlaubt der erhöhte Betrag an geschertem Silikonöl, die Zeit zwischen Silikonölwechseln verlängern. Dies erleichtert die Wartung des Viskoheizgeräts. Da das Silikonöl in der Speicherkammer 24 aufgenommen wird, wird der Raum effektiver genutzt. Dies ist vorteilhaft dahingehend, wenn ein kompaktes Viskoheizgerät hergestellt werden soll.
• 4. Durch Starten und Stoppen der Rotation des Rotors 20 wird das Fördern an Silikonöl F von der Speicherkammer 24 in den Hohlraum und das Wiederaufnehmen des Silikonöls F aus dem Hohlraum in die Speicherkammer 24 in einer zeitweilig aussetzenden Weise ausgeführt. In anderen Worten ausgedrückt, ersetzt der intermittierende (zeitweilig aussetzende) Betrieb des Viskoheizgerätes konstant das Silikonöl F, welches in den Hohlraum eingeleitet wird. Folglich wird das Silikonöl F, welches in die Heizkammer 7 einschließlich der Speicherkammer 24 gefördert wird, insgesamt in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise geschert. In anderen Worten ausgedrückt wird das gesamte Silikonöl F gleichförmig zerstört. Dies ermöglicht, die Zeit zwischen zwei Silikonölwechseln weiter zu verlängern. Folglich wird die Wartung des Viskoheizgerätes vereinfacht.
• 5. Die gesamte Fördermenge Vf an Silikonöl F in die Heizkammer 7 wird derart bestimmt, daß das Fördervolumen an Silikonöl F unter normalen Temperaturen 70% oder geringer ist mit Bezug auf das gesamte freie Raumvolumen (V1 + V2) innerhalb der Heizkammer 7. In anderen Worten ausgedrückt verbleiben zumindest 30% des Raumes innerhalb der Heizkammer 7 einschließlich der Speicherkammer 24 frei. Der offene (freie) Raum funktioniert als ein Überdruckraum, der eine exzessive Druckerhöhung verhindert, falls das aufgeheizte Silikonöl F expandiert. Darüber hinaus existiert während der Rotation des Rotors 20 der offene bzw. freie Raum im wesentlichen innerhalb der Speicherkammer 24 und existiert jedoch nicht in dem Hohlraum bzw. Spalt um den Rotor 20. Folglich verringert der offene bzw. freie Raum innerhalb der Heizkammer 7 (nämlich der Speicherkammer 24) nicht die Heizleistung bzw. Heizkapazität.

Die Heizkammer 7 ist in einer luftdichten Weise abgedichtet. Folglich nimmt die Feuchtigkeit in der Atmosphäre keinen Einfluß auf das Silikonöl F. Dies vermeidet eine frühe Zerstörung des Silikonöls F.

Ein Viskoheizgerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Fig. 2 beschrieben. Zur Vermeidung einer doppelten Beschreibung werden gleiche oder ähnliche Bezugszeichen solchen Bauteilen gegeben, die gleich oder ähnlich zu den korrespondierenden Bauteilen des ersten Ausführungsbeispiels sind. Der Aufbau des Viskoheizgeräts gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen der gleiche wie jener des ersten Ausführungsbeispiels (Fig. 1) mit Ausnahme des Aufbaus des Rotors. Folglich wird nachstehend im wesentlichen der Rotor 30 beschrieben.

Wie in der Fig. 2 gezeigt wird, besteht die Antriebswelle 12 aus zwei Teilen, einem vorderen Wellenstück und einem hinteren Wellenstück. Der Rotor 30 ist an jedem Stück der Antriebswelle 12 befestigt und wird derart gelagert, daß der Rotor 30 integral mit der Antriebswelle 12 dreht. Der Rotor 30 hat ein Paar fixierter Platten 31, 32, sowie ein zylindrisches Bauteil 23. Die fixierten Platten 31, 32 sind an dem zylindrischen Bauteil 23 befestigt. Folglich nimmt der Rotor 30 eine trommelförmige Gestalt an und hat einen Hohlraum, der eine Speicherkammer 24 definiert.

Der Rotor 30 hat eine zylindrische periphere Fläche, deren axiale Länge L länger ist als dessen Radius R. Der Rotor 30 ist koaxial zu der Antriebswelle 12 angeordnet. Der Radius R sowie die axiale Länge L des Rotors 30 wird in der gleichen Art und Weise bestimmt, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Eine Mehrzahl von Verbindungslöchern 25 (lediglich zwei sind in Fig. 2 gezeigt) sind in dem axialen Mittelabschnitt des zylindrischen Bauteils 23 ausgebildet. In der gleichen Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungslöcher 25 in der Umfangsrichtung mit gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet.

Verbindungskanäle 33, 34 erstrecken sich durch die fixierten Platten 31 bzw. 32 nahe der Antriebswelle 12 (d. h. nahe der Achse des Rotors 30). Der Verbindungskanal 33 funktioniert als ein Kanal, der die Speicherkammer 24 mit dem Spalt oder Hohlraum der Vorderseite der fixierten Platte 31 verbindet, sowie als ein Kanal für das Rückführen des viskosen Fluids. In der gleichen Weise funktioniert der Verbindungskanal 34 als ein Kanal, der die Speicherkammer 24 mit dem Spalt bzw. Hohlraum an der Rückseite der fixierten Platte 32 verbindet und als ein Kanal für das Rückführen des viskosen Fluids. Der Querschnittsbereich (Übergangsbereich) jedes Verbindungskanals 33, 34 ist kleiner als jener der Verbindungslöcher 25.

Zusätzlich zu den vorteilhaften Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels können die nachfolgenden Effekte durch dieses Ausführungsbeispiel erzielt werden. Während der Rotation des Rotors 30 bewirkt der Weissenberg-Effekt, daß sich das Silikonöl F und die Antriebswelle 12 an der vorderen und hinteren Seite des Rotors 30 konzentriert bzw. sammelt. Jedoch kehrt das Silikonöl F, das sich um die Antriebswelle 12 sammelt, zu der Speicherkammer 24 durch die Verbindungskanäle 33, 34 zurück. Zwischenzeitlich zwingt die Zentrifugalkraft kontinuierlich das Silikonöl F aus der Speicherkammer 24 heraus und in den Spalt oder Hohlraum um die zylindrische Fläche des Rotors 30. Folglich zirkuliert während der Drehung des Rotors 30 das Silikonöl F zwischen der Speicherkammer 24 und dem Spalt um den Rotor 30. Da das Silikonöl F nicht in dem Spalt an der peripheren Region des Rotors 30 verbleibt, wird das Öl nicht in einer plötzlichen Weise zerstört. In anderen Worten ausgedrückt wird das gesamte Silikonöl F, welches in die Heizkammer 7 ausgestoßen wird gleichförmig geschert. Folglich wird das Silikonöl F in einer graduellen Weise zerstört. Dies verlängert die Zeit zwischen zwei Silikonölwechseln.

Ein Viskoheizgerät gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Fig. 3 beschrieben. Zur Vermeidung einer doppelten Beschreibung werden gleiche oder ähnliche Bezugszeichen solchen Bauteilen gegeben, die gleich oder ähnlich zu den korrespondierenden Bauteilen des ersten Ausführungsbeispiels sind. Der Aufbau des Viskoheizgeräts gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen der gleiche wie jener des ersten Ausführungsbeispiels (Fig. 1), mit Ausnahme der Antriebswelle und des Aufbaus, der den Rotor umgibt. Folglich werden nachstehend im wesentlichen die Antriebswelle und der den Rotor umgebende Aufbau näher beschrieben.

Wie in der Fig. 3 gezeigt wird, sind ein Paar fixierter Platten 41, 42 mit einem dazwischen sich ausbildenden vorbestimmten Raum oder Spalt an der Antriebswelle 12 fixiert. Die fixierten Platten 41, 42 sind mit Verbindungslöchern 41a bzw. 42a ausgebildet. Die Verbindungslöcher 41a, 42a sind koaxial zu der Antriebswelle 12 ausgerichtet. Der Durchmesser der Verbindungslöcher 41a, 42a ist derart festgesetzt, daß er eine integrale Rotation der Antriebswelle 12 und der fixierten Platten 41, 42 bewirkt. In anderen Worten ausgedrückt, wird die Antriebswelle 12 fest durch die Platten 41, 42 gehalten. Schraubenförmige Nuten 43, 44 erstrecken sich entlang der Antriebswelle 12 entlang der Verbindungslöcher 41, 42a. Die Verbindungslöcher 41a, 42a sowie die schraubenförmigen Nuten 43, 44 bilden einen Aufbau, mittels dem das Silikonöl F in erzwungener Weise gefördert wird. Das heißt, die Löcher 41a, 42a sowie die Nuten 43, 44 bilden eine einfache Pumpe der Schraubenspindelpumpenbauart.

Während der Drehung der Antriebswelle 12 und des Rotors 40 zwingen die schraubenförmigen Nuten 43, 44 das Silikonöl F, welches sich um die Antriebswelle 12 in den Endbereichen des Hohlraums oder Spalts infolge des Weissenberg-Effekts sammelt, in die Speicherkammer 24. In anderen Worten ausgedrückt, bildet die Schraubenspindelpumpe eine Einrichtung für das erzwungene Rückführen des viskosen Fluids. Folglich bewirkt die Zentrifugalkraft ein Ausströmen des Silikonöls F, das durch die Verbindungslöcher 24 strömt, aus der Speicherkammer 24 und erzwingt ein Zirkulieren des Silikonöls F in der Heizkammer 7.

Die Spindelschraubenpumpe funktioniert ferner dahingehend, das Silikonöl F in erzwungener Weise zu den äußeren Seiten der fixierten Platten 41, 42 von der Speicherkammer 24 aus durch Umkehren der Rotation der Antriebswelle 12 zu fördern.

Obgleich lediglich drei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben worden sind, sollte für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung in zahlreichen anderen spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne daß hierbei vom Geist und Kern der Erfindung abgewichen wird. Insbesondere sollte für den Fachmann verständlich sein, daß die vorliegende Erfindung in den nachfolgenden Formen ausgeführt sein kann.

• a) In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 erstrecken sich die schraubenförmigen Nuten 43, 44 in entgegensetzte Richtungen entlang der Antriebswelle 12. Jedoch können gemäß der Fig. 4 die schraubenförmigen Nuten 43, 44 derart ausgeformt sein, daß sie sich in die gleiche Richtung entlang der Antriebswelle 12 erstrecken. In diesem Fall funktionieren in Übereinstimmung mit der Rotationsrichtung der Antriebswelle 12 entweder die vordere schraubenförmige Nut 43 oder die hintere schraubenförmige Nut 44 als die Vorrichtung für das zwangsweise Rückführen des viskosen Fluids, wohingegen die jeweils andere als die Vorrichtung dient für das zwangsweise Fördern des viskosen Fluids.
• b) In den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 1 und 2 kann eine elektromagnetische Kupplung verwendet werden, um in selektiver Weise den Motor mit der Riemenscheibe 18 und der Antriebswelle 12 zu verbinden oder zu trennen, um die Motorantriebskraft zu übertragen.
• c) In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 erstrecken sich die Verbindungskanäle 43, 44 axial und verbinden die vorderen und hinteren Seiten des Rotors 30 mit der Speicherkammer 24. Jedoch kann, wie in der Fig. 5 gezeigt wird, jeder Verbindungskanal 33, 34 sich diagonal von der Nachbarschaft der Antriebswelle 12 an dem Endbereich des Spalts in Richtung zum peripheren Abschnitt der Speicherkammer 24 erstrecken. Durch diesen Aufbau wird das Silikonöl F, welches sich um die Antriebswelle 12 sammelt, zu der Speicherkammer 24 durch die Verbindungskanäle 33, 34 unter Verwendung sowohl des Weissenberg-Effekts als auch der Zentrifugalkraft rückgeführt werden. In anderen Worten ausgedrückt erhöht dieser Aufbau die Strömung an Silikonöl F und erleichtert die zwangsweise Zirkulation des Öls F in der Heizkammer 7. In diesem Fall dienen die Verbindungskanäle 33, 34 ferner als Mittel für das zwangsweise Fördern und Rückführen des viskosen Fluids.

In der vorstehenden Beschreibung bezieht sich das viskose Fluid auf ein Medium, welches Wärme erzeugt, wenn es durch den Rotor geschert wird. Folglich ist das viskose Fluid nicht auf eine Flüssigkeit oder eine Semi-Flüssigkeit mit hoher Viskosität wie beispielsweise Silikonöl beschränkt. Aus diesem Grunde sind die vorliegenden Ausführungsbeispiele und Abwandlungen als illustrativ und nicht restriktiv zu betrachten, wobei die Erfindung nicht auf die darin gegebenen Einzelheiten beschränkt sein soll, sondern innerhalb des Umfangs der anliegenden Ansprüche modifiziert werden kann.

Ein Viskoheizgerät hat ein Gehäuse 1, 2, 5, 6 für das Unterbringen einer Heizkammer 7 und eine Wärmetauscherkammer 8. Viskoses Fluid F ist in der Heizkammer enthalten. Zirkulierendes Fluid durchströmt die Wärmetauscherkammer. Ein Rotor 20 ist in der Heizkammer untergebracht. Der Rotor dreht, um das viskose Fluid in der Heizkammer zu scheren und dabei Wärme zu erzeugen. Das zirkulierende Fluid tauscht Wärmeenergie mit dem aufgeheizten viskosen Fluid in der Heizkammer aus. Eine Speicherkammer 24 ist innerhalb des Rotors ausgebildet, um das viskose Fluid aufzunehmen.

Claims (13)

1. Viskoheizgerät mit einem Gehäuse (1, 2, 5, 6) für das Unterbringen einer Heizkammer (7) und einer Wärmeaustauschkammer (8), einem viskosen Fluid (F), das in der Heizkammer enthalten ist, einem zirkulierendem Fluid, welches durch die Wärmeaustauschkammer zirkuliert und einem Rotor (20), der in der Heizkammer angeordnet ist, wobei der Rotor dreht, um das viskose Fluid in der Heizkammer zu scheren und folglich Wärme zu erzeugen und wobei das zirkulierende Fluid Wärme mit dem aufgeheizten viskosen Fluid in der Heizkammer austauscht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speicherkammer (24) innerhalb des Rotors ausgebildet ist, um das viskose Fluid aufzunehmen.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine äußere Fläche hat, und die Heizkammer eine innere Fläche hat, wobei ein Spalt zwischen der äußeren Fläche des Rotors und der inneren Fläche der Heizkammer ausgebildet wird, und wobei der Rotor einen Verbindungskanal (25) hat, der den Spalt mit der Speicherkammer verbindet.

3. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine zylindrische Wand hat, und daß der Verbindungskanal (25) sich durch die zylindrische Wand erstreckt, um eine Strömung des viskosen Fluids zwischen der Speicherkammer und dem Spalt zu ermöglichen.

4. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine Endwand hat und die Heizkammer ebenfalls eine Endwand aufweist, wobei die Endwand des Rotors und die Endwand der Heizkammer einen Raum zwischen sich ausbilden, der ein Teil des Spalts bildet, und daß ein axialer Kanal (33) sich durch die Endwand des Rotors erstreckt, um eine Strömung des viskosen Fluids zwischen dem Raum und der Speicherkammer zu ermöglichen.

5. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Kanal (33) sich durch die Endwand des Rotors in der unmittelbaren Nachbarschaft der Achse des Rotors erstreckt.

6. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Kanal (33) sich schraubenförmig durch die Endwand des Rotors erstreckt.

7. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Kanal (33) sich durch die Endwand des Rotors von' der Nachbarschaft der Achse des Rotors aus zu dem peripheren Abschnitt des Rotors erstreckt.

8. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine zylindrische Wand und eine Endwand hat und daß der Verbindungskanal (25) sich durch die zylindrische Wand erstreckt, um zu ermöglichen, daß das viskose Fluid aus der Speicherkammer austritt und daß der Rotor einen axialen Kanal (33) hat, der sich durch die Endwand des Rotors erstreckt, um zu ermöglichen, daß das viskose Fluid in die Speicherkammer eintritt, wobei der Verbindungskanal einen Querschnittsbereich hat, der größer ist als der Querschnittsbereich des axialen Kanals.

9. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine äußere Fläche hat und daß die Heizkammer eine innere Fläche hat, wobei ein Spalt zwischen der äußeren Fläche des Rotors und der inneren Fläche der Heizkammer ausgebildet ist und daß das Heizgerät desweiteren Vorrichtungen (43, 44) hat, für das Verbinden des Spalts mit der Speicherkammer und für das zwangsweise Fördern des viskosen Fluids zwischen dem Spalt und der Speicherkammer.

10. Heizgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät desweiteren eine Antriebswelle (12) hat, die an den Rotor angeschlossen ist und derart gelagert ist, daß sie integral mit dem Rotor dreht, wobei die Vorrichtungen für das zwangsweise Fördern eine schraubenförmige Nut umfassen, die als eine Pumpe zur Förderung des viskosen Fluids dient.

11. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät desweiteren eine Antriebswelle (12) hat, die an den Rotor angeschlossen und derart gelagert ist, daß sie integral mit dem Rotor dreht, und daß der Rotor eine zylindrische äußere Fläche hat, wobei die axiale Länge der zylindrischen äußeren Fläche länger ist als der Radius der zylindrischen äußeren Fläche.

12. Heizgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschkammer (8) die zylindrische äußere Fläche des Rotors umgibt.

13. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschkammer (8) einen schraubenförmigen Kanal umfaßt, der darin ausgebildet ist, um die Strömung des viskosen Fluids zu leiten.