DE19751529C2 - Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung, bei der Wärme in einem viskosen Fluid erzeugt wird, indem es geschert wird, um ein Fluid aufzuheizen, das durch eine Wärmeaufnahmekammer zirkuliert, die als eine Hei­ zquelle verwendet wird.

Hierzu ist eine Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeugheizgerät in der US 4 993 377, die am 19. Februar 1991 auf den Namen Masato Itakura herausgege­ ben wurde, sowie dem entsprechenden japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer JP 02-246823 A offenbart, das am 21. März 1989 eingereicht worden ist. Bei der offenbarten, eine Fluidrei­ bungswärme nutzenden Heizvorrichtung sind ein vorderes und ein hinteres Gehäuse mittels Durchgangsbolzen in Gegenüberlage zu­ sammengeschraubt, um darin eine Wärmeerzeugungskammer und einen Wassermantel, d. h. eine Wärmeaufnahmekammer um die Wärmeerzeu­ gungskammer, zu definieren. Ein zirkulierendes Wasser wird in den Wassermantel durch eine Eingangsöffnung eingelassen und zir­ kuliert in dem Wassermantel, wobei es dann aus einer Auslaßöff­ nung zu einem externen Heizkreislauf strömt. Eine Antriebswelle ist drehbar durch eine Lagereinheit in dem vorderen Gehäuse ge­ lagert, wobei ein Rotor, der in der Wärmeerzeugungskammer dreh­ bar ist, auf der Antriebswelle befestigt ist, um als ein Ab­ schnitt zum Aufbringen einer Scherung zu dienen. Labyrinthrillen sind in enger Beziehung zueinander zwischen einer Wandfläche, die die Wärmeerzeugungskammer ausbildet, und einer Außenfläche des Rotors ausgebildet. Ein viskoses Fluid, wie beispielweise ein Silikonöl, ist in einen Spalt zwischen der Wandfläche, die die Wärmeerzeugungskammer ausbildet, und der Außenfläche des Ro­ tors gesetzt.

Wenn die vorstehend genannte, eine Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung in einem Kraftfahrzeugheizgerät eingebaut ist und die Antriebswelle durch den Motor angetrieben wird, dreht sich der Rotor in der Wärmeerzeugungskammer, und die Scherkraft, die proportional zur Umdrehungszahl des Rotors ist, wird auf das viskose Fluid in den Labyrinthrillen aufgebracht. Dies ermög­ licht, daß eine innere Energie und eine Reibungswärme in dem viskosen Fluid ansteigt, wodurch das viskose Fluid dazu gebracht wird, Wärme zu erzeugen. Das viskose Fluid mit einer hohen Tem­ peratur, das derart aufgeheizt ist, tritt in Wärmeaustausch mit dem in dem Wassermantel zirkulierenden Wasser, wobei dadurch aufgeheiztes zirkulierendes Wasser in den Heizkreislauf aus­ strömt, um die Kraftfahrzeugfahrgastzelle aufzuheizen.

Bei der vorstehend erwähnten, herkömmlichen, eine Fluidreibungs­ wärme nutzenden Heizvorrichtung hat der Rotor einen großen Durchmesser relativ zu seiner axialen Länge und erzeugt daher das Meiste der Wärme an seiner vorderen und hinteren Oberfläche. Anders ausgedrückt ist der Rotor so gestaltet, daß er eine kurze axiale Länge, aber einen großen Durchmesser hat. In jüngster Zeit sind jedoch Kraftfahrzeugmotorräume sehr zusammengedrängt worden, wobei eine Vielzahl von Vorrichtungen darin montiert ist, so daß es aus dem Raumgesichtspunkt schwierig ist, eine Heizvorrichtung mit einem derartigen Rotor mit großem Durchmes­ ser zu montieren. Somit ist ein Bedarf für die Entwicklung einer Heizvorrichtung, die eine langgezogene Form hat und die seitlich entlang eines Motors angeordnet werden kann.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorstehend ge­ nannten Problems gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Er­ findung ist es, eine eine Fluidreibungswärme nutzende Heizvor­ richtung zu schaffen, die einen geeigneten langgezogenen Aufbau hat, der dazu in der Lage ist, beispielsweise an einem Kraft­ fahrzeugmotor seitlich montiert zu werden.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ist gemäß einem er­ sten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine eine Fluid­ reibungswärme nutzende Heizvorrichtung mit folgendem vorgesehen: einer Wärmeerzeugungskammer, einer Wärmeaufnahmekammer, durch die ein Fluid zirkuliert und die in enger Beziehung zu der Wär­ meerzeugungskammer steht, einem Abschnitt zum Aufbringen einer Scherung, der in der Wärmeerzeugungskammer angeordnet ist und dazu in der Lage ist, durch eine Antriebswelle gedreht zu wer­ den, ein viskoses Fluid, das in den Spalt zwischen einer Wand­ fläche, die die Wärmeerzeugungskammer ausbildet, und einer Au­ ßenfläche des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung gesetzt ist und bei einer Drehung des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung Wärme erzeugt, wobei die Wärmeerzeugungskammer als ein zylindri­ scher Raum ausgebildet ist, der Abschnitt zum Aufbringen der Scherung und die Antriebswelle als ein zylindrisches Element in Einstückigkeit miteinander vorbereitet werden, die Außenfläche des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung in zylindrischer Aus­ gestaltung mit denselben Lagerdornen bearbeitet ist, die beim Bearbeiten der Antriebswelle verwendet werden, und wobei der Ab­ schnitt zum Aufbringen der Scherung koaxial in der Wärmeerzeu­ gungskammer angeordnet ist.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist auch eine eine Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung mit folgendem vorgesehen: einer Wärmeerzeugungskammer, einer Wärme­ aufnahmekammer, durch die ein Fluid zirkuliert und die in enger Beziehung zu der Wärmeerzeugungskammer steht, einem Abschnitt zum Aufbringen einer Scherung, der in der Wärmeerzeugungskammer angeordnet ist und dazu in der Lage ist, durch eine Antriebswel­ le gedreht zu werden, einem viskosen Fluid, das in den Spalt zwischen einer Wandfläche, die die Wärmeerzeugungskammer ausbil­ det, und einer Außenfläche des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung gesetzt ist und eine Wärme bei einer Drehung des Ab­ schnitts zum Aufbringen der Scherung erzeugt, wobei die Wärmeer­ zeugungskammer als ein zylindrischer Raum ausgebildet ist, der Abschnitt zum Aufbringen der Scherung und die Antriebswelle als ein einstückiges Element bearbeitet sind, das aus einem einzigen stangenartigen Material hergestellt ist, wobei der Abschnitt zum Aufbringen der Scherung die Außenfläche zylindrisch ausgebildet hat und koaxial in der Wärmeerzeugungskammer angeordnet ist.

Bei jeder der eine Fluidreibungswärme nutzenden Heizvorrichtun­ gen gemäß dem ersten und zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Spalt zwischen der zylindrischen Wandfläche, die die Wärme­ erzeugungskammer ausbildet, und der äußeren zylindrischen Um­ fangsfläche des Abschnitts zum Aufbringen einer Scherung defi­ niert. In diesem Spalt unterliegt das viskose Fluid einer Scher­ kraft, die proportional zur Umdrehungsanzahl des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung ist. Dies ermöglicht, daß die innere Energie und die Reibungswärme in dem viskosen Fluid ansteigt, wodurch das viskose Fluid dazu gebracht wird, eine Wärme zu er­ zeugen.

Weil der innere Raum der Wärmeerzeugungskammer und die äußere Fläche des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung des weiteren beide zylindrisch ausgebildet sind, kann die eine Fluidreibungs­ wärme nutzende Heizvorrichtung in einer langgezogenen Form ver­ wirklicht werden.

Es ist denkbar, den Abschnitt zum Aufbringen der Scherung, der die äußere zylindrische Umfangsfläche hat, als ein getrenntes Teil von der Antriebswelle vorzubereiten, den Abschnitt zum Auf­ bringen der Scherung an eine Antriebswelle anzubauen (indem bei­ spielsweise ein Wellenloch für die Antriebswelle durch die axia­ le Mitte des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung ausgebildet wird und die Antriebswelle in das Wellenloch preßgepaßt wird), und den an der Antriebswelle angebauten Abschnitt zum Aufbringen der Scherung in die zylindrische Wärmeerzeugungskammer zu set­ zen. In diesem Fall tritt jedoch eine Fehlausrichtung der Mitten der beiden Teile auf, weil unterschiedliche Lagerdorne festge­ legt sind, wenn die Außenumfangsfläche des Abschnitts zum Auf­ bringen der Scherung, das Wellenloch durch den Abschnitt zum Aufbringen der Scherung und die Außenumfangsfläche der Antriebs­ welle bearbeitet werden. Auch ein Montagespiel und ein Versatz beim Preßpassen und dergleichen tritt auf. Da die beiden zylin­ drischen Flächen sich in enger Gegenüberlage über eine lange axiale Strecke zwischen der Wärmeerzeugungskammer und dem Ab­ schnitt zum Aufbringen der Scherung nach dem Zusammenbau er­ strecken, läßt eine Fehlausrichtung der Mitten ein Auftreten ei­ nes Kontakts zwischen der zylindrischen Wandfläche, die die Wär­ meerzeugungskammer ausbildet, und der äußeren zylindrischen Um­ fangsfläche des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung leichter auftreten. Daher muß zur Vermeidung eines derartigen Kontakts die Abmessung des Spalts erhöht werden. Ein Erhöhen der Spaltab­ messung senkt jedoch die Menge der Wärme ab, die durch das vis­ kose Fluid pro Flächeneinheit der äußeren Umfangsfläche des Ab­ schnitts zum Aufbringen der Scherung erzeugt wird. Dies läßt ein Problem auftreten, das darin besteht, daß der Durchmesser und die Länge der Wärmeerzeugungskammer erhöht werden müssen, um die geringere Menge der erzeugten Wärme zu kompensieren. Eine eine Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung mit einer größeren Außenkonfiguration ist das Ergebnis.

Da gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung im Gegensatz da­ zu die äußere Umfangsfläche des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung mit denselben Lagerdornen bearbeitet wird, die bei der Bearbeitung der äußeren Umfangsfläche der Antriebswelle verwen­ det werden, sind die vorstehend erwähnten Fehler wie beispiels­ weise eine Fehlausrichtung der Mitten beim Bearbeiten, ein Mon­ tagespiel und ein Versatz beim Preßpassen beseitigt. Entspre­ chend ist der Grad der Fehlausrichtung der Mitten der Wärmeer­ zeugungskammer und des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung nach dem Zusammenbau gering, so daß der Spalt zwischen der zy­ lindrischen Wandfläche, die die Wärmeerzeugungskammer ausbildet, und der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung enger gemacht werden kann. Somit ist es möglich, die Menge der Wärme beträchtlich zu erhöhen, die durch das viskose Fluid pro Flächeneinheit der äußeren Umfangsfläche des Ab­ schnitts zum Aufbringen der Scherung erzeugt wird, den Durchmes­ ser und die Länge der Wärmeerzeugungskammer zu verringern und die Abmessung der eine Fluidreibungswärme nutzenden Heizvorrich­ tung zu verringern.

Da gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Antriebswelle und der Abschnitt zum Aufbringen der Scherung aus einem einzigen stangenartigen Material bearbeitet werden, werden die äußere Umfangsflächen sowohl der Antriebswelle als auch des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung notwendigerweise mit denselben Lagerdornen bearbeitet, ohne jeweils ihre Mitten einzurichten. Entsprechend sind Fehler, wie beispielsweise eine Fehlausrichtung der Mitten bei der Bearbeitung, ein Montagespiel und ein Versatz beim Preßpassen beseitigt. Daher kann, wie beim ersten Gesichtspunkt der Erfindung, der Spalt zwischen der zy­ lindrischen Wandfläche, die die Wärmeerzeugungskammer ausbildet, und der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung enger gemacht werden. Daher ist es auch möglich, die Menge der Wärme beträchtlich zu erhöhen, die durch das viskose Fluid pro Flächeneinheit der äußeren Umfangsfläche des Ab­ schnitts zum Aufbringen der Scherung erzeugt wird, und die Ab­ messung der eine Fluidreibungswärme nutzenden Heizvorrichtung zu verringern.

Da des weiteren bei dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung der Schritt des Zusammenbaus der Antriebswelle und des Abschnitts zum Aufbringen der Scherung aneinander nicht länger notwendig ist, ist die Herstellung von beiden Teilen einfacher und leichter gemacht, wobei die Herstellungskosten verringert werden können.

Die vorstehend genannte Aufgabe sowie neue Merkmale der Erfin­ dung werden vollständig aus der folgenden detaillierten Be­ schreibung offensichtlich, wenn diese in Verbindung mit den bei­ gefügten Zeichnungen gelesen wird. Es ist jedoch ausdrücklich zu verstehen, daß die Zeichnung nur zu Darstellungszwecken dient und nicht dazu beabsichtigt ist, eine Definition der Grenzen der Erfindung anzugeben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die den allgemeinen Aufbau einer eine Fluidreibungswärme nutzenden Heizvorrichtung gemäß ei­ nem bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 2 ist eine beispielhafte Ansicht eines Vorgangs einer Bear­ beitung einer Antriebswelle und eines Abschnitts zum Auf­ bringen einer Scherung zur Verwendung bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Fig. 3 ist ein Heizkreislaufschaubild, das die Heizvorrichtung des bevorzugten Ausführungsbeispiels umfaßt.

Fig. 4 ist eine Ansicht einer Antriebswelle und eines Abschnitts zum Aufbringen einer Scherung zur Verwendung bei einem ande­ ren bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden detailliert nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Eine eine Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung eines be­ vorzugten Ausführungsbeispiels ist so aufgebaut, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Ein Zylinderblock 2, der eine im wesentlichen zy­ lindrische Form hat, ist in ein zylindrisches Zwischengehäuse 1 preßgepaßt oder eingefügt. Ein vorderes Gehäuse 5 und ein hinte­ res Gehäuse 6 sind jeweils an das vordere Ende und das hintere Ende des Zwischengehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 über Dich­ tungen 3A, 3B angeschlossen. Innerhalb des Zylinderblocks 2 ist eine Wärmeerzeugungskammer 7 in der Form eines zylindrischen Raums definiert. Des weiteren steht eine Rippe 2a in Spiralform an einer äußeren Umfangsfläche des Zylinderblocks 2 vor, d. h. von einer Außenfläche einer zylindrischen Wand, die die Wärmeer­ zeugungskammer 7 ausbildet. Die Rippe 2a ist in Kontakt mit ei­ ner inneren Umfangsfläche des Zwischengehäuses 1 gehalten, um einen Spiralfluidkanal zu definieren, der als eine Wärmeaufnah­ mekammer 4 dient. Sollte bemerkt werden, daß zusätzlich Stege vorgesehen sein können, die von dem Zylinderblock 2 in die Wär­ meaufnahmekammer 4 vorstehen, um eine Kontaktfläche zwischen dem zirkulierenden Wasser als einem Wärmetauschfluid, das durch die Heizkammer 4 zirkuliert, und der zylindrischen Wand zu erhöhen, die die Wärmeerzeugungskammer 7 ausbildet. Die Rippe 2a dient jedoch auch als ein derartiger Steg.

Auf derselben Seite entlang einer äußeren Umfangsfläche des Zwi­ schengehäuses 1, d. h. an einer Seite (der oberen Seite, die in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist) der Wärmeaufnahmekammer 4 steht eine Einlaßöffnung 8, um das zirkulierende Wasser von einem ex­ ternen Heizkreislauf eintreten zu lassen, an dem hinteren Ende vor, und eine Auslaßöffnung 9 zum Ausströmen des zirkulierenden Wassers in den Heizkreislauf steht an dem vorderen Ende in der­ selben Richtung wie die Einlaßöffnung 8 vor. Die Einlaßöffnung 8 und die Auslaßöffnung 9 stehen beide mit der Wärmeaufnahmekammer 4 in Verbindung.

Eine Antriebswelle 14 ist drehbar durch das vordere Gehäuse 5 und das hintere Gehäuse 6 über jeweilige Wellendichteinheiten 10A, 10B und Lagereinheiten 12A, 12B gelagert. Ein Zwischenab­ schnitt der Antriebswelle 14 ist so ausgebildet, daß er eine äu­ ßere Umfangsfläche in einer zylindrischen Form mit einem Durch­ messer D im Schnitt hat, der um einiges größer als ein Durchmes­ ser d im Schnitt am vorderen Ende der Antriebswelle 14 ist. Der Wellenabschnitt mit dem größeren Durchmesser D im Schnitt dient als ein Abschnitt 15 zum Aufbringen einer Scherung. Der Ab­ schnitt 15 zum Aufbringen der Scherung ist durch spannendes Bear­ beiten eines einzigen stangenartigen Materials ausgebildet, um ein einstückiges Element zu sein, das einstückig mit der An­ triebswelle 14 ist. Der Abschnitt 15 ist so geformt, daß er eine axiale Länge L hat, die viel größer als der Durchmesser D im Schnitt ist.

Des weiteren sind sowohl die äußere Umfangsfläche des Abschnitts 15 zum Aufbringen der Scherung als auch die der Antriebswelle 14 durch Bewegen eines Drehmeißels 19 entlang diesen äußeren Um­ fangsflächen nacheinander spanend bearbeitet, ohne Lageraufnah­ men 17, 18 auszutauschen, die am rechten und linken Ende ange­ ordnet sind, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Anders ausgedrückt wer­ den dieselben Lagerdorne während der Bearbeitung von beiden äu­ ßeren Umfangsflächen eingesetzt.

Der Abschnitt 15 zum Aufbringen der Scherung, der derart herge­ stellt ist, ist koaxial in der Wärmeerzeugungskammer 7 angeord­ net, wobei gleichzeitig die Antriebswelle 14 drehbar durch das vordere und hintere Gehäuse 5, 6 gelagert ist, wie vorstehend erwähnt ist. In diesem Zustand ist ein enger Spalt 7a zwischen der inneren zylindrischen Wandfläche, die die Wärmeerzeugungs­ kammer 7 ausbildet, und der äußeren zylindrischen Fläche des Ab­ schnitts 15 zum Aufbringen der Scherung ausgebildet.

Ein Silikonöl als ein viskoses Fluid ist in den Spalt 7a ge­ setzt. Wenn in diesem Zustand das Silikonöl so gesetzt ist, daß es das Volumen des Spalts 7a vollständig auffüllt, ruft die er­ zeugte Wärme hervor, daß sich das Silikonöl ausdehnt und aus­ leckt. Aus diesem Grund wird, wenn der Spalt 7a mit dem Silikon­ öl gefüllt wird, ungefähr ein Volumen von 20% aus Luft in dem Spalt beibehalten.

Eine Riemenscheibe 28 ist an einem vorderen Ende der Antriebs­ welle 14 durch einen Bolzen 16 über eine Wellenlagereinheit 11 befestigt, die zwischen der Riemenscheibe 28 und dem vorderen Gehäuse 5 vorgesehen ist.

Die die Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung dieses Aus­ führungsbeispiels ist in einem Heizkreislauf angeordnet, wobei ein Motorkühlwasser zirkuliert wird, um eine Wärmestrahlung oder ein Aufheizen auszuführen, und sie ist als eine Hilfsheizquelle für eine Kraftfahrzeugheizung eingesetzt.

Ein Kraftfahrzeugheizkreislauf, der die die Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels einsetzt, ist an der Ausgangsseite eines Motors 20 angeordnet, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Ein Reihenkreislauf, der einen Radiator 22 und einen Thermostat 23 aufweist, die in Reihe geschaltet sind, und eine Heizschlange 24 sind parallel zwischen der Auslaßöffnung 9 und einer Zirkulierpumpe 21 geschaltet, die an der Einlaßseite des Motors 20 angeordnet ist. Auch ein Umgehungskreislauf, der einen Thermostat 25 umfaßt, ist zwischen der Auslaßseite des Mo­ tors 20 und der Einlaßseite der Zirkulierpumpe 21 angeschlossen. Der Thermostat 23 öffnet sich, wenn die Temperatur des Motor­ kühlwassers als einem Fluid zum Heizen hoch ist, und der Thermo­ stat 25 öffnet sich, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist. Außerdem ist die Heizschlange 24 mit einer Öff­ nungs-/Schließdämpfvorrichtung 26 ausgestattet, die während ei­ nes Heizens geöffnet ist und in einem Belüftungskanal angeordnet ist.

Des weiteren ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die die Fluidrei­ bungswärme nutzende Heizvorrichtung so angeordnet, daß sie sich entlang einer Seitenfläche des Kraftfahrzeugmotors 20 parallel zu einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle erstreckt und durch den Motor 20 über Riemenscheiben 28, 29, einen Riemen 30 und eine (nicht gezeigte) elektromagnetische Kupplung zum An- und Ab­ schalten der die Fluidreibungswärme nutzenden Heizvorrichtung angetrieben wird.

Die die Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung mit einem derartigen Aufbau arbeitet wie folgt: die Antriebswelle 14 wird durch den Motor 20 über die Riemenscheibe 28 und dergleichen an­ getrieben, wobei der Abschnitt 15 zum Aufbringen der Scherung in der Wärmeerzeugungskammer 7 gedreht wird, worauf das viskose Fluid, beispielsweise das Silikonöl, einer Scherkraft unter­ liegt, um eine Wärme in dem Spalt 7a zu erzeugen. Andererseits wird das zirkulierende Wasser in die Einlaßöffnung 8 eingeleitet und strömt in die Wärmeerzeugungskammer 4, ohne einen direkten Durchlauf oder einen Stau hervorzurufen, weil die Wärmeaufnahme­ kammer 4 in der Form eines Spiralkanals ausgebildet ist. Beim Hindurchtreten durch die Wärmeaufnahmekammer 4 wird das zirku­ lierende Wasser ausreichend aufgrund der in dem viskosen Fluid erzeugten Wärme durch die zylindrische Wand aufgeheizt, die die Wärmeerzeugungskammer 7 ausbildet. Das aufgeheizte zirkulierende Wasser strömt dann in den vorstehend erwähnten Heizkreislauf durch die Auslaßöffnung 9 aus, um das Kraftfahrzeug zu heizen.

Wenn der Abschnitt 15 zum Aufbringen der Scherung als ein ge­ trenntes Teil auf der Antriebswelle angebaut wird, muß der Spalt 7a erhöht werden, um eine Überlagerung, beispielsweise einen Kontakt, zwischen der zylindrischen Wandfläche, die die Wärmeer­ zeugungskammer ausbildet, und der äußeren Umfangsfläche des Ab­ schnitts zum Aufbringen der Scherung zu vermeiden, weil eine Fehlausrichtung der Mitten der Wärmeerzeugungskammer und des Ab­ schnitts zum Aufbringen der Scherung nach dem Zusammenbau auf­ grund von Arbeitsfehlern wie beispielsweise einer Fehlausrich­ tung beim Bearbeiten, einem Montagespiel und einem Versatz beim Preßpassen groß wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch der Abschnitt 15 zum Aufbringen der Scherung und die Antriebs­ welle 14 in vorbestimmte Formen aus einem einzigen stangenarti­ gen Material spanend bearbeitet, und daher sind Arbeitsfehler wie beispielsweise ein Montagespiel oder ein Versatz beim Preß­ passen beseitigt. Der Vorgang des spanenden Bearbeitens führt notwendigerweise dazu, daß die Lagerdorne, die beim spanenden Bearbeiten der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts 15 zum Auf­ bringen der Scherung verwendet werden, die selben sind, wie die­ jenigen, die beim spanenden Bearbeiten der äußeren Umfangsfläche der Antriebswelle 14 verwendet werden. Arbeitsfehler, die sich aus einer Fehlausrichtung der Mitten beim Bearbeiten ergeben, sind dadurch beseitigt. Bei der die Fluidreibungswärme nutzenden Heizvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels kann daher der Spalt 7a zwischen der zylindrischen Wandfläche, die die Wärmeerzeu­ gungskammer 7 ausbildet, und der äußeren Umfangsfläche des Ab­ schnitts 15 zum Aufbringen der Scherung enger gemacht werden.

Als Folge daraus kann eine Menge einer Wärme, die durch die die Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung erzeugt wird, be­ trächtlich erhöht werden. Genauer gesagt wird unter der Annahme, daß der Viskositätskoeffizient des viskosen Fluids µ ist, der Radius im Schnitt des Abschnitts 15 zum Aufbringen der Scherung R (gleich D/2) ist, die Abmessung des Spalts 7a zwischen der zy­ lindrischen Wandfläche, die die Wärmeerzeugungskammer 7 ausbil­ det, und der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts 15 zum Auf­ bringen der Scherung δ ist und die Winkelgeschwindigkeit des Ab­ schnitts 15 zum Aufbringen der Scherung ω ist, die Menge Q der durch die die Fluidreibungswärme nutzenden Heizvorrichtung aus­ gedrückt durch:

Q = 2π µ ω² R³ L/δ

Entsprechend wird mit zunehmender Enge der Spaltabmessung δ die Menge Q der erzeugten Wärme beträchtlich größer.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel auch keine Wärmeaufnahmekam­ mern entweder an der vorderen oder hinteren Außenendwandfläche der Wärmeerzeugungskammer 7 in einer axialen Richtung ausgebil­ det sind, muß die Heizvorrichtung nicht eine große Querschnitts­ fläche in der radialen Richtung haben. Anders ausgedrückt ist der vorstehend erwähnte Aufbau sehr für eine langgezogene Heizvor­ richtung mit einer langen axialen Länge geeignet.

Da des weiteren der Abschnitt 15 zum Aufbringen der Scherung aus einem einzigen stangenartigen Material zusammen mit der An­ triebswelle 14 spanend bearbeitet wird, kann auf eine Ausrüstung und einen Vorgang verzichtet werden, die zum Zusammenbau des Ab­ schnitts 15 zum Aufbringen der Scherung an der Antriebswelle 14 notwendig sind. Folglich kann die Herstellung der Teile leichter und einfacher gemacht werden, und die Herstellungskosten können verringert werden.

Bei dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel ist der Ab­ schnitt 15 zum Aufbringen der Scherung so ausgebildet, daß sein Durchmesser D im Schnitt um einiges größer als der Durchmesser d im Schnitt der Antriebswelle 14 ist. Bei einem anderen Ausfüh­ rungsbeispiel kann der Durchmesser D im Schnitt des Abschnitts 15 zum Aufbringen der Scherung gleich dem Durchmesser d im Schnitt der Antriebswelle 14 sein, so daß der Abschnitt 15 zum Aufbringen der Scherung und die Antriebswelle denselben Durch­ messer über die Gesamtheit beider Teile haben, wie in Fig. 4 ge­ zeigt ist. Diese Konfiguration ist nicht nur günstig bei der Ausbildung einer langgezogenen Heizvorrichtung, sondern sie macht es auch möglich, daß die äußere Umfangsfläche des Ab­ schnitts 15 zum Aufbringen der Scherung und die äußere Umfangs­ fläche der Antriebswelle 14 in exakt derselben Weise bearbeitet werden. Die Herstellungskosten können daher weiter verringert werden.

Bei dem Kraftfahrzeugheizkreislauf mit dem vorstehend genannten Aufbau wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers hoch ist, der Thermostat 23 geöffnet und der Thermostat 25 geschlossen, wo­ durch das Kühlwasser dazu veranlaßt wird, durch den Radiator 22 zu strömen, um die überschüssige Wärme des Motors 20 an die of­ fene Luft abzugeben. Wenn andererseits die Kühlwassertemperatur gering ist, wird der Thermostat 23 geschlossen und der Thermo­ stat 25 wird geöffnet, wodurch das Kühlwasser nicht zu dem Ra­ diator 22 strömt und zu dem Motor 20 zurückkehrt, ohne die Wärme an die offene Luft abzugeben. Wenn ein Heizen erforderlich ist, wird die Öffnungs-/Schließdämpfvorrichtung 26 in dem Belüftungs­ kanal für die Heizschlange 24 geöffnet, so daß Luft in einer Kraftfahrzeugfahrgastzelle zirkuliert wird und durch das Kühl­ wasser aufgeheizt wird, das durch die Heizschlange 24 strömt. Wenn jedoch die Kühlwassertemperatur niedrig ist, wie beispiels­ weise beim Warmlaufen des Motors 20, kann eine Heizwirkung nicht durch das Kühlwasser alleine entwickelt werden. Entsprechend wird die die Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung ange­ trieben, und das durch die Heizvorrichtung aufgeheizte Kühlwas­ ser wird zu der Heizschlange 24 geschickt, um die Luft aufzuhei­ zen, die in der Kraftfahrzeugfahrgastzelle zirkuliert.

Wie vorstehend erwähnt ist, ist die die Fluidreibungswärme nut­ zende Heizvorrichtung, wenn sie in dem Heizkreislauf angeordnet ist, entlang der Seitenfläche des Motors 20 angeordnet, und die Einlaßöffnung 8 und die Auslaßöffnung 9 stehen beide an einer Seite der die Fluidreibungswärme nutzenden Heizvorrichtung vor. Mit diesem Aufbau vereinfacht sich die Herstellung der Heizvor­ richtung, Fluidrohre können einfach in dem gedrungenen Raum in dem Motorraum angeordnet werden und die Heizvorrichtung kann in Kraftfahrzeugen praktischer montiert werden.

Die Erfindung kann in anderen speziellen Formen verkörpert wer­ den, ohne den in den Ansprüchen definierten Schutzbereich oder wesentliche Eigenschaften zu verlassen. Die vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiele sind daher unter allen Gesichtspunkten nur dar­ stellend und nicht beschränkend zu betrachten, wobei der Schutz­ bereich der Erfindung in den beigefügten Ansprüchen und nicht in der vorangehenden Beschreibung angezeigt ist, so daß alle Verän­ derungen, die in die Lehre und den Äquivalenzbereich der Ansprü­ che fallen, daher als damit umfaßt gelten sollen.

Die die Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung gemäß dieser Erfindung hat einen Aufbau, der geeignet ist, um die Heizvor­ richtung in einer langgezogenen Form zu verwirklichen, die dazu in der Lage ist, seitlich an dem Kraftfahrzeugmotor montiert zu werden. Der zylindrische Abschnitt 15 zum Aufbringen der Sche­ rung, der einstückig mit der Antriebswelle 14 ist und die äußere Umgangsfläche in einer zylindrischen Form hat, ist in der Wärme­ erzeugungskammer 7 angeordnet, die als ein zylindrischer Raum ausgebildet ist. Der Abschnitt 15 zum Aufbringen der Scherung ist mit denselben Lagerdornen bearbeitet, die bei der Bearbei­ tung der Antriebswelle 14 verwendet werden. Vorzugsweise werden die Antriebswelle 14 und der Abschnitt 15 zum Aufbringen der Scherung als ein einstückiges Element bearbeitet, das aus einem einzigen stangenartigen Material hergestellt ist.

Claims (10)

1. Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung mit folgendem: einer Wärmeerzeugungskammer (7), einer Wärmeaufnahmekammer (4), durch die ein Fluid zirkuliert und die in enger Beziehung zu der Wärmeerzeugungskammer (7) angeordnet ist, einem Abschnitt (15) zum Aufbringen einer Scherung, der in der Wärmeerzeugungskammer (7) angeordnet ist und durch eine Antriebswelle (14) drehbar ist, und einem viskosen Fluid, das in einen Spalt (7a) zwischen einer Wandfläche, die die Wärmeerzeugungskammer (7) ausbildet, . und einer Außenfläche des Abschnitts (15) zum Aufbringen der Scherung gesetzt ist, wobei in dem Spalt Wärme bei einer Drehung des Abschnitts (15) zum Aufbringen der Scherung erzeugt werden kann, wobei die Wärmeerzeugungskammer (7) als ein zylindrischer Raum ausgebildet ist, der Abschnitt (15) zum Aufbringen der Scherung und die Antriebswelle (14) als ein zylindrisches Ele­ ment vorbereitet sind, die miteinander einstückig sind, und die Außenfläche des Abschnitts (15) zum Aufbringen der Scherung zy­ lindrisch mit denselben Lagerdornen (18, 19) bearbeitet wird, die beim Bearbeiten der Antriebswelle (14) verwendet werden, wo­ bei der Abschnitt (15) zum Aufbringen der Scherung koaxial in der Wärmeerzeugungskammer (7) angeordnet ist.

2. Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (14) einen Endab­ schnitt umfaßt, der durch ein Gehäuse (5, 6) gelagert ist, wobei ein Durchmesser (D) im Schnitt des Abschnitts (15) zum Aufbrin­ gen der Scherung größer als ein Durchmesser (d) im Schnitt des Endabschnitts ist.

3. Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (14) einen Endab­ schnitt umfaßt, der durch ein Gehäuse (5, 6) gelagert ist, wobei ein Durchmesser (D) im Schnitt des Abschnitts (15) zum Aufbrin­ gen der Scherung gleich einem Durchmesser (d) im Schnitt des En­ dabschnitts ist.

4. Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaufnahmekammer (4) nur ra­ dial außerhalb von der zylindrischen Wandfläche ausgebildet ist, die die Wärmeerzeugungskammer (7) ausbildet.

5. Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl eine Einlaßöffnung (8) als auch eine Auslaßöffnung (9) für ein Fluid zum Heizen an einer 1 Seite der Wärmeaufnahmekammer (4) vorgesehen sind.

6. Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung mit folgendem: einer Wärmeerzeugungskammer (7), einer Wärmeaufnahmekammer (4) durch die ein Fluid zirkuliert und die in enger Beziehung zu der Wärmeerzeugungskammer (7) angeordnet ist, einem Abschnitt (15) zum Aufbringen einer Scherung, der in der Wärmeerzeugungskammer (7) angeordnet ist und durch eine Antriebswelle (14) drehbar ist, und einem viskosen Fluid, das in einen Spalt (7a) zwischen einer Wandfläche, die die Wärmeerzeugungskammer (7) ausbildet, und einer Außenfläche des Abschnitts (15) zum Aufbringen der Scherung gesetzt ist sowie dazu in der Lage ist, eine Wärme bei einer Drehung des Abschnitts (15) zum Aufbringen der Scherung zu erzeugen, wobei die Wärmeerzeugungskammer (7) als ein zylindri­ scher Raum ausgebildet ist, der Abschnitt (15) zum Aufbringen der Scherung und die Antriebswelle (14) als ein einstückiges Element bearbeitet sind, das aus einem einzigen stangenartigen Material hergestellt ist, und wobei der Abschnitt (15) zum Auf­ bringen der Scherung eine Außenfläche hat, die zylindrisch ge­ formt ist und koaxial in der Wärmeerzeugungskammer (7) angeord­ net ist.

7. Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (14) einen Endab­ schnitt umfaßt, der durch ein Gehäuse (5, 6) gelagert ist, wobei ein Durchmesser (D) im Schnitt des Abschnitts (15) zum Aufbrin­ gen der Scherung größer als ein Durchmesser (d) im Schnitt des Endabschnitts ist.

8. Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (14) einen Endab­ schnitt umfaßt, der durch ein Gehäuse (5, 6) gelagert ist, wobei ein Durchmesser (D) im Schnitt des Abschnitts (15) zum Aufbrin­ gen der Scherung gleich einem Durchmesser (d) im Schnitt des En­ dabschnitts ist.

9. Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaufnahmekammer (4) nur ra­ dial außerhalb von der zylindrischen Wandfläche ausgebildet ist, die die Wärmeerzeugungskammer (7) ausbildet.

10. Fluidreibungswärme nutzende Heizvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl eine Einlaßöffnung (8) als auch eine Auslaßöffnung (9) für ein Fluid zum Heizen an einer Seite der Wärmeaufnahmekammer (4) vorgesehen sind.