DE19807957C2 - Flüssigkeitsreibungsheizer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeits­ reibungsheizer, der in ein Heizsystem für Motorfahrzeuge etc. eingebaut ist, wobei eine Wärmeerzeugungskammer und eine Wärme­ abgabekammer in einem Gehäuse voneinander getrennt sind, wobei ein in der Wärmeerzeugungskammer eingeschlossenes viskoses Fluid bei der Drehung eines Rotors einer Scherung unterworfen wird, um Wärme zu erzeugen, und wobei die erzeugte Wärme auf ein Zirkula­ tionsfluid in der Wärmeabgabekammer übertragen wird, wodurch das Zirkulationsfluid erhitzt wird.

Als eine in Motorfahrzeugen eingebaute Hilfswärmequelle haben Flüssigkeitsreibungsheizer, die die Antriebskraft eines Motors verwenden, in letzter Zeit besonderes Interesse gefunden. Die JP-2-246823 A2 beschreibt beispielsweise einen in einem Heizungssystem von Motorfahrzeugen eingebauten Flüssigkeitsreibungsheizer.

In dem beschriebenen Flüssigkeitsreibungsheizer sind vordere und hintere Gehäuse in gegenüberliegender Beziehung miteinander ver­ bunden, um darin eine Wärmeerzeugungskammer und einen Wasserman­ tel (d. h. eine Wärmeabgabekammer) um die Wärmeerzeugungskammer zu begrenzen. Eine Antriebswelle ist drehbar durch das vordere Gehäuse über eine Lagereinheit gehalten und ein Rotor ist an ei­ nem Ende der Antriebswelle befestigt, so daß er mit ihr in der Wärmeerzeugungskammer drehbar ist. Konzentrische Ausnehmungen und Vorsprünge sind in ergänzender Beziehung zum Eingriff mit­ einander an der vorderen und hinteren äußeren Wandoberfläche des Rotors und den vorderen und hinteren inneren Wandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer ausgebildet. Diese Ausnehmungen und Vor­ sprünge sind dicht beieinander angeordnet, um Labyrinthspalten (Labyrinthnuten) zwischen den vorgenannten äußeren und inneren Wandoberflächen zu begrenzen. Eine vorbestimmte Menge eines vis­ kosen Fluids (beispielsweise Silikonöl) ist in der Wärmeerzeu­ gungskammer eingeschlossen, um die Labyrinthnuten zu füllen.

Wenn die Antriebskraft des Motors auf die Antriebswelle übertra­ gen wird, wird der Rotor zusammen mit der Antriebswelle in der Wärmeerzeugungskammer gedreht und das viskose Fluid zwischen den inneren Wandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer und den äuße­ ren Wandoberflächen des Rotors wird einer Scherung bei der Dre­ hung des Rotors unterworfen, um Wärme auf der Basis von Flüssig­ keitsreibung zu erzeugen. Die in der Wärmeerzeugungskammer er­ zeugte Wärme wird auf das in dem Wassermantel fließende Umlauf­ wasser übertragen und das erhitzte Umlaufwasser wird dann einem externen Heizkreis zugeführt, um das Motorfahrzeug zu beheizen.

Die durch den vorgenannten herkömmlichen Flüssigkeitsreibungs­ heizer erzeugte Wärmemenge wächst mit einer Zunahme der Berühr­ fläche des viskosen Fluids, d. h. der Gesamtoberfläche der äuße­ ren Wandoberflächen des Rotors und der inneren Wandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer. Andererseits ist es, wenn ein Flüs­ sigkeitsreibungsheizer als eine Wärmequelle zum Beheizen von Mo­ torfahrzeugen verwendet wird, vom Standpunkt der Sicherstellung von ausreichend Einbauraum zur Befestigung anderer automobiler Zubehörteile in dem Motorraum erforderlich, daß der Flüssig­ keitsreibungsheizer so klein wie möglich gemacht wird. Aus die­ sem Grunde wird bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Flüs­ sigkeitsreibungsheizer die erzeugte Wärmemenge durch Laby­ rinthnuten erhöht, die zwischen den vorderen und hinteren äuße­ ren Wandoberflächen des Rotors und den vorderen und hinteren in­ neren Wandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer in gegenüberlie­ gender Beziehung ausgebildet sind, um die Gesamtoberfläche der äußeren Wandoberflächen des Rotors und der inneren Wandoberflä­ chen der Wärmeerzeugungskammer zu vergrößern, d. h. die Kontakt­ fläche (nachfolgend als der effektive Wärmeerzeugungsbereich be­ zeichnet) zwischen diesen Teilen und dem Fluid größer zu machen, um die auf das viskose Fluid aufgebrachte Scherkraft zu erhöhen, während eine Vergrößerung der Größe des Rotors und des Gehäuses vermieden ist.

Jedoch müssen die Labyrinthnuten durch spanabhebende Bearbeitung des Rotors und der inneren Wandoberflächen der Wärmeerzeugungs­ kammer hergestellt werden, um komplizierte Ausnehmungen und Vor­ sprünge zu bilden. Dieses Herstellungsverfahren birgt Schwierig­ keiten, weil es schwierig ist, eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit der Ausnehmungen und Vorsprünge zu erreichen, und die Herstell­ kosten sind erhöht. Es ist folglich schwierig, einen Aufbau mit Labyrinthnuten praktisch anzuwenden. Insbesondere ist dies bei dem vorgenannten herkömmlichen Flüssigkeitsreibungsheizer schwierig, bei dem die Labyrinthnuten durch die um die Achse des Rotors ausgebildeten konzentrischen Ausnehmungen und Vorsprünge begrenzt sind, so daß der Rotor schon bei einer leichten Neigung der Antriebswelle mit den inneren Wandoberflächen des Gehäuses in Konflikt kommen kann, wenn die Ausnehmungen und Vorsprünge nicht mit einer extrem hohen Genauigkeit hergestellt und zusam­ mengebaut werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssig­ keitsreibungsheizer zu schaffen, der auf einem vollständig ande­ ren Konzept basiert als der vorgenannte herkömmliche Flüssig­ keitsreibungsheizer, und durch den die erzeugte Wärmemenge ohne besondere Einrichtungen zur Vergrößerung des effektiven Wärmeer­ zeugungsbereichs erhöht werden kann. Ein anderes Ziel ist es, einen Flüssigkeitsreibungsheizer zu schaffen, der geeignet ist vereinfacht in Motorfahrzeugen und anderen Produkten eingebaut zu werden.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in ei­ nem Flüssigkeitsreibungsheizer, in welchem eine Wärmeerzeugungs­ kammer und eine Wärmeabgabekammer in einem Gehäuse voneinander getrennt sind, ein viskoses Fluid in der Wärmeerzeugungskammer eingeschlossen und bei der Drehung eines Rotors zur Erzeugung von Wärme einer Scherung unterworfen, und die erzeugte Wärme wird auf ein Umlauffluid in der Wärmeerzeugungskammer übertra­ gen, wodurch das Umlauffluid erhitzt wird. Der Flüssigkeitsrei­ bungsheizer hat eine Trenneinrichtung, die in dem Gehäuse vorge­ sehen ist, um den Außenumfang des Rotors zu umgeben, um die Wär­ meerzeugungskammer an der Innenumfangsseite der Trenneinrichtung und die Wärmeabgabekammer an der Außenumfangsseite der Trennein­ richtung zu begrenzen, wobei eine Scherkraftvergrößerungsein­ richtung mindestens auf dem Rotor oder der Trenneinrichtung vor­ gesehen ist, um die auf das viskose Fluid aufgebrachte Scher­ kraft zu erhöhen. Die Scherkraftvergrößerungseinrichtung ist derart aufgebaut, daß die Spaltweite zwischen dem Rotor und der Trenneinrichtung längs der Drehrichtung des Rotors variiert.

Bei diesem Flüssigkeitsreibungsheizer ist, weil die Trennein­ richtung angeordnet ist, den Außenumfang des Rotors zu umgeben, die Wärmeabgabekammer derart angeordnet, daß sie die Wärmeerzeu­ gungskammer und den in der Wärmeerzeugungskammer aufgenommenen Rotor umgibt. Die Außenumfangsfläche des Rotors hat eine maxi­ male Umfangsgeschwindigkeit während der Drehung und dient als die Hauptscherwirkungsfläche. Zudem wird, weil die Wärmeabgabe­ kammer die Außenumfangsfläche des Rotors umgibt, nahe der Außen­ umfangsfläche des Rotors erzeugte Wärme effizient über den kür­ zesten Weg auf das in der Wärmeabgabekammer fließende Umlauf­ fluid übertragen. Ferner ist, weil die Scherkraftvergrößerungs­ einrichtung mindestens an dem Rotor oder der Trenneinrichtung vorgesehen ist, um die Spaltgröße zwischen dem Rotor und der Trenneinrichtung längs der Drehrichtung des Rotors zu variieren, die Wirkung des Einschließens molekularer Ketten in dem viskosen Fluid durch die wiederholte vergrößernde und verkleinernde Ände­ rung der Spaltweite, die mit der Relativbewegung zwischen dem Rotor und der Trenneinrichtung einhergeht, verstärkt. Diese Ein­ sperrwirkung begrenzt die Tendenz des viskosen Fluids bis zu ei­ nem gewissen Grad zusammen mit der Drehung des Rotors zu rotie­ ren. Die auf das viskose Fluid ausgeübte Scherkraft ist folglich erhöht, um die durch den Flüssigkeitsreibungsheizer erzeugte Wärmemenge zu steigern.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei einem Flüssigkeitsreibungsheizer gemäß dem ersten Aspekt die Scherkraftvergrößerungseinrichtung durch Ausnehmungen und Vor­ sprünge mindestens an der Außenumfangsfläche des Rotors oder an der der Außenumfangsfläche des Rotors gegenüberliegenden Innen­ umfangsfläche der Trenneinrichtung gebildet, die sich in einer Richtung abweichend von der Drehrichtung des Rotors erstrecken.

Mit diesem Merkmal kann, weil die Ausnehmungen und Vorsprünge, die die Scherkraftvergrößerungseinrichtung bilden, ausgebildet sind, sich in einer von der Drehrichtung des Rotors abweichenden Richtung zu erstrecken, der Spalt zwischen der Innenumfangsflä­ che der Trenneinrichtung auf der Stationärseite und der Außenum­ fangsfläche des Rotors dahingehend verändert werden, daß er wie­ derholt längs der Drehrichtung des Rotors vergrößert und ver­ kleinert ist. Folglich wird die auf das viskose Fluid aufge­ brachte Scherkraft erhöht, wodurch die durch den Flüssigkeits­ reibungsheizer erzeugte Wärmemenge wie bei dem vorgenannten er­ sten Aspekt gesteigert ist. Ferner werden, wenn der Rotor ge­ dreht wird, Blasen (Gas) die in das viskose Fluid gemischt sind, in den Ausnehmungen gesammelt, die einen Teil der Scherkraftver­ größerungseinrichtung bilden (Gasabscheidungsfunktion oder Gastrennwirkung). Folglich wird Gas aus anderen Bereichen als diesen Ausnehmungen, d. h. Bereiche der Innenumfangsfläche der Trenneinrichtung und der Außenumfangsfläche des Rotors, die den Spalt zwischen der Außenumfangsfläche des Rotors und der Innen­ umfangsfläche der Trenneinrichtung begrenzen (der effektive Wär­ meerzeugungsbereich), entfernt, so daß eine höhere Schereffizi­ enz des viskosen Fluids erhalten ist.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat bei einem Flüssigkeitsreibungsheizer gemäß dem ersten Aspekt der Ro­ tor ein Paar scheibenförmiger Stützelemente, die mit einem vor­ gegebenen Abstand in der Längsrichtung voneinander beabstandet sind, und hat eine Mehrzahl von Verbindungselementen die an den Außenumfängen der scheibenförmigen Stützelemente fest angebracht sind. Die Verbindungselemente, die als die Scherkraftvergröße­ rungseinrichtung dienen, werden bei der Drehung des Rotors längs der Innenumfangsfläche der Trenneinrichtung bewegt, während eine Gegenüberlage zur Innenumfangsfläche der Trenneinrichtung auf­ rechterhalten ist.

Bei diesem Merkmal dient die Vielzahl von Verbindungselementen als die Scherkraftvergrößerungseinrichtung. Zudem sind Spalte, durch die das Innere des Rotors mit seinem Äußeren verbunden ist, zwischen den benachbarten Verbindungselementen ausgebildet, die fest an den Außenumfängen der scheibenförmigen Stützelemente angebracht sind. Der Innenraum des Rotors kann folglich als eine Extrakammer zur Aufbewahrung des viskosen Fluids verwendet wer­ den. Dies ist dahingehend vorteilhaft, daß es möglich ist, das viskose Fluid in einer größeren Menge zu speichern und seine Zerstörung zu verzögern. Die Verwendung des Rotors mit einer kä­ figartigen Form bewirkt zudem eine Verminderung des Anlauf­ drehmoments.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei einem Flüssigkeitsreibungsheizer gemäß dem ersten Aspekt die Scherkraftvergrößerungseinrichtung von einer Mehrzahl von Grüb­ chen oder Vertiefungen gebildet, die auf verteilte Weise minde­ stens auf einer Außenumfangsoberfläche des Rotors oder einer In­ nenumfangsoberfläche der Trenneinrichtung, die der Außenumfangs­ fläche des Rotors gegenüberliegt, ausgebildet.

Indem solche Grübchen oder Vertiefungen ausgebildet werden, kann die Scherkraftvergrößerungseinrichtung zudem auf einfache Weise mindestens an der Außenumfangsoberfläche des Rotors oder an der Innenumfangsoberfläche der Trenneinrichtung vorgesehen werden.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung hat bei einem Flüssigkeitsreibungsheizer gemäß dem ersten Aspekt der Ro­ tor eine zylindrische Form, so daß die Außenumfangsoberfläche eine axiale Länge hat, die größer ist als der Radius.

Mit diesem Merkmal kann der Rotor einen Radius haben der kleiner ist als die axiale Länge und folglich kann ein Viskosheizer ge­ schaffen werden, dessen Radius kleiner ist, als der eines her­ kömmlichen Flüssigkeitsreibungsheizers. Von allen Oberflächen des Rotors hat die Außenumfangsoberfläche beim Betrieb die maxi­ male Umfangsgeschwindigkeit. Jedoch wird unter der Bedingung, daß die Winkelgeschwindigkeit des Rotors konstant ist, die Um­ fangsgeschwindigkeit an der Außenumfangsfläche des Rotors mit abnehmendem Rotorradius vermindert. Trotzdem kann die Fläche der Außenumfangsoberfläche des Rotors vergrößert werden, indem die axiale Länge des Rotors vergrößert wird. Im Ergebnis kann, ob­ wohl ein kleinerer Radius des Rotors die Umfangsgeschwindigkeit vermindert und die erzeugte Wärmemenge reduziert, diese Reduk­ tion der erzeugten Wärmemenge durch die verlängerte Axiallänge des Rotors kompensiert werden.

Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei dem Flüssigkeitsreibungsheizer gemäß dem zweiten Aspekt die Aus­ nehmungen und Vorsprünge durch Bilden einer Vielzahl von Nuten, die sich in axialer Richtung des Rotors erstrecken, auf minde­ stens der Außenumfangsfläche des Rotors oder der Innenumfangs­ fläche der Trenneinrichtung ausgebildet.

Indem die sich in Axialrichtung des Rotors erstreckenden Nuten ausgebildet werden, können die Ausnehmungen und Vorsprünge, die die Scherkraftvergrößerungseinrichtung bilden, auf einfache Weise geschaffen werden.

Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat bei einem Flüssigkeitsreibungsheizer gemäß dem fünften Aspekt die Wärmeabgabekammer einen Umlaufdurchlaß für ein Umlauffluid in der Wärmeabgabekammer, der in einer Spiralform ausgebildet ist.

Mit einem in Spiralform ausgebildeten Umlaufdurchlaß ist es mög­ lich, den Durchfluß des Umlauffluids einzustellen und ein Kurz­ schließen oder Abstehen des Umlauffluids zu verhindern, und so­ mit die Effizienz des Wärmeaustauschs zu verbessern.

Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei dem Flüssigkeitsreibungsheizer gemäß dem sechsten Aspekt die Ausnehmungen und Vorsprünge dadurch gebildet, daß eine Vielzahl von Nuten vorgesehen ist, die sich in Axialrichtung des Rotors sowohl an der Außenumfangsfläche des Rotors als auch der Innen­ umfangsfläche der Trenneinrichtung erstrecken, wobei die Anzahl der Nuten in dem Rotor von der Anzahl der Nuten in der Trennein­ richtung verschieden gewählt ist.

Wenn die Anzahl der Nuten in dem Rotor gleich der Anzahl der Nu­ ten in der Trenneinrichtung wäre, und wenn die Nuten in dem Ro­ tor und der Trenneinrichtung mit gleichen Winkelintervallen da­ zwischen um die Rotorachse angeordnet wären, würden die Nuten auf beiden Seiten gleichzeitig einander gegenüberliegen, wenn eine der Nuten in dem Rotor einer der Nuten in der Trenneinrich­ tung während der Drehung des Rotors gegenüberliegt, und ein sol­ cher Zustand würde zyklisch erzeugt. In einem solchen Fall würde die Moleküleinsperrwirkung der Scherkraftvergrößerungseinrich­ tung ebenso zyklisch auftreten und die Belastung des Rotors wäh­ rend der Drehung würde sich auf eine pulsierende Weise ändern und dadurch Vibrationen und Geräusche hervorrufen. Im Unter­ schied dazu ist bei dem Flüssigkeitsreibungsheizer gemäß dem achten Aspekt die Anzahl der Nuten des Rotors verschieden von der Anzahl der Nuten in der Trenneinrichtung gewählt, so daß die Winkelabstände oder -intervalle zwischen den auf dem Rotor ange­ ordneten Nuten nicht gleich denen sind zwischen den Nuten, die auf der Trenneinrichtung angeordnet sind. Folglich ist es mög­ lich, die Vielzahl von Nuten in dem Rotor und die Vielzahl von Nuten in der Trenneinrichtung daran zu hindern, gleichzeitig einander gegenüberzuliegen. Folglich entwickelt sich die Mole­ küleinsperrwirkung der Scherkraftvergrößerungseinrichtung nicht zyklisch oder nicht periodisch. Folglich kann das pulsartige Auftreten von Lastwechseln während der Drehung des Rotors ver­ hindert werden, und das Auftreten von Vibrationen und Geräuschen kann unterdrückt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungs­ beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Flüssigkeitsreibungshei­ zers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines wesentlichen Abschnitts, die das Innere eines Rotors des Flüssigkeitsreibungsheizers ge­ mäß Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 ist eine Querschnittansicht längs der Linie X-X in Fig. 2;

Fig. 4 eine Teilschnittansicht, die ein anderes Beispiel des Ro­ tors zeigt;

Fig. 5 eine Vorderansicht eines Rotors eines Flüssigkeitsrei­ bungsheizers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 eine Abwicklung eines Rotors eines Flüssigkeitsreibungs­ heizers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 7A und 7B jeweils Querschnittsansichten längs der Linie Y-Y in Fig. 6, die die Form eines Grübchens in einer Außenum­ fangsoberfläche des Rotors zeigen.

Verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen die Er­ findung auf einen Flüssigkeitsreibungsheizer angewandt ist, der in einem Heizungssystem für Motorfahrzeuge eingebaut ist, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Wie in Fig. 1 und 3 gezeigt ist, hat ein Flüssigkeitsreibungs­ heizer dieses Ausführungsbeispiels ein Gehäuse, das aus einem Zwischengehäuse 1, einem Statorelement 2, einem vorderen Gehäuse 5 und einem hinteren Gehäuse 6 besteht. Das Zwischengehäuse 1 hat einen rechteckförmigen äußeren Querschnitt, es hat aber eine zylindrische innere Umfangswandfläche. Das Statorelement 2 hat eine im wesentlichen zylindrische Form und ist in das Zwischen­ gehäuse 1 eingepreßt. Das vordere und hintere Gehäuse 5, 6 sind jeweils über Dichtungen 3, 4 an das vordere und hintere Ende des Zwischengehäuses 1 und des Statorelements 2 angefügt. Eine Wär­ meerzeugungskammer 7 ist somit durch das Statorelement 2 be­ grenzt, welches als eine Trenneinrichtung dient. Zudem sind das Zwischengehäuse 1, das vordere Gehäuse 5 und das hintere Gehäuse 6 miteinander durch vier Montageschrauben 50 (siehe Fig. 3) ver­ bunden.

Eine einzelne Rippe 2a steht spiralförmig von einer Außenum­ fangsfläche des Statorelements 2 vor. Indem das Statorelement 2 in das Zwischengehäuse 1 eingepreßt ist, ist die Rippe 2a in en­ gem Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Zwischengehäuses 1 gehalten. Ein als Wärmeabgabekammer dienender Wassermantel 8 ist somit zwischen der Außenumfangsfläche des Statorelements 2 und der Innenumfangsfläche des Zwischengehäuses 1 begrenzt. Ein Ein­ laßanschluß 9A zum Zuführen von als Umlauffluid dienendem Um­ laufwasser in den Wassermantel 8 von einem Heizkreis (nicht ge­ zeigt) eines Motorfahrzeugs ist an einem vorderen Ende des Zwi­ schengehäuses 1 an seiner Außenumfangsfläche vorgesehen, während ein Auslaßanschluß 9B zur Abfuhr des Umlaufwassers von dem Was­ sermantel 8 in den Heizkreis an einem hinteren Ende des Zwi­ schengehäuses 1 an seiner Außenumfangsfläche vorgesehen ist. In dem Wassermantel 8 dient die Rippe 2a als eine Umlauffluidfüh­ rungseinrichtung zur Erzeugung eines spiralförmigen Durchlasses für das Umlauffluid, der sich von dem Einlaßanschluß 9A zu dem Auslaßanschluß 9B erstreckt.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist ein Rotor 20 in der Wärme­ erzeugungskammer 7 angeordnet. Antriebswellen 12A, 12B sind je­ weils am vorderen und hinteren Ende des Rotors 20 vorgesehen. Die vordere Antriebswelle 12A ist durch eine in dem vorderen Ge­ häuse 5 angeordnete Lagereinheit 10 drehbar gehalten und die hintere Antriebswelle 12B ist durch eine in dem hinteren Gehäuse 6 angeordnete Lagereinheit 11 drehbar gehalten. Die zwei An­ triebswellen 12A, 12B sind koaxial auf der gleichen Achse C po­ sitioniert und dienen als eine Antriebswelle, obwohl sie separat am vorderen und hinteren Ende des Rotors 20 vorgesehen sind, in­ dem sie durch den Rotor 20 miteinander verbunden sind.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, hat der von dem im wesentlichen zy­ lindrischen Statorelement 2 umgebene Rotor ein Paar scheibenför­ miger Stützelemente 21, 22 und ein zylindrisches Außenumfangse­ lement 23, das der Innenumfangsfläche des Statorelements 2 ge­ genüberliegt. Die Elemente 21, 22, 23 sind aus einer Aluminium­ legierung gemacht, um das Gewicht des Rotors zu vermindern. Die scheibenförmigen Stützelemente 21, 22 sind jeweils in das vor­ dere Ende und das hintere Ende des zylindrischen Außenumfangse­ lements eingepreßt, so daß der Rotor 20 eine hohle Trommelform hat. Der Rotor 20 (oder das zylindrische Außenumfangselement 23) hat eine zylindrische Außenumfangsfläche mit einer axialen Länge L, die länger ist als ein Radius R, und deren Mitte auf ihrer Achse C (die mit den Achsen der Antriebswellen 12A, 12B ausge­ richtet ist), angeordnet ist. Ferner sind stählerne zylindrische Ringe 25, 26 jeweils in Ausnehmungen 21A, 21B eingepreßt, die in zentralen Abschnitten der scheibenförmigen Stützelemente 21, 22 ausgebildet sind. Innere Keilwellennuten 25A, 26A sind in ent­ sprechenden Innenumfangsflächen der zylindrischen Ringe 25, 26 ausgebildet und in äußere Keilwellennuten 27, 28 eingesetzt, die jeweils in Außenumfangsflächen der Antriebswellen 12A, 12B aus­ gebildet sind. Auf diese Weise ist der Rotor 20 ausgebildet, zu­ sammen mit den beiden Antriebswellen 12A, 12B gedreht zu werden und durch die Lagereinheiten 10, 11 über die Antriebswellen 12A, 12B drehbar gehalten zu sein.

Eine Öldichtung 13 als eine Wellendichteinrichtung ist in dem vorderen Gehäuse 5 benachbart zur Wärmeerzeugungskammer 7 ange­ ordnet und eine Öldichtung 14 als eine Wellendichteinrichtung ist in dem hinteren Gehäuse 6 benachbart zur Wärmeerzeugungskam­ mer 7 angeordnet. Die Wärmeerzeugungskammer 7 ist somit als ein flüssigkeitsdichter innerer Raum ausgebildet, in dem der Rotor 20 aufgenommen ist.

Eine vorbestimmte Menge von Silikonöl als das viskose Fluid ist in die Wärmeerzeugungskammer 7 als der flüssigkeitsdichte Innen­ raum eingefüllt. Eine Silikonölfüllmenge Vf ist derart bestimmt, daß das Füllverhältnis des Silikonöls bei Normaltemperatur zu einem Leervolumen Vc, das durch die Summe der Spalte zwischen der Außenumfangsfläche des Rotors 20 (d. h. die Außenumfangsflä­ che des Außenumfangselements 23) und der Innenumfangsfläche des Statorelements 2 sowie Spalten zwischen den vorderen und hinte­ ren Endflächen des Rotors 20 und den vorderen und hinteren Ge­ häusen 5, 6 gegeben ist, in einem Bereich von 50° bis 80 liegt. Das vorgenannte Füllverhältnis ist unter Berücksichtigung der Ausdehnung des Silikonöls beim Erhitzen bestimmt. Es ist an­ zumerken, daß ein Füllverhältnis von Silikonöl von weniger als 100% das Erhitzen des Öls infolge des Scherens nicht signifi­ kant behindert, weil das Öl gezwungen wird, sich vollständig in den Spalt zwischen der Innenwandoberfläche der Wärmeerzeugungs­ kammer 7 und der Außenumfangsfläche des Rotors 20 durch Ausdeh­ nungsviskosität zu verteilen.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Riemenscheibe 18 durch eine in dem vorderen Gehäuse 5 vorgesehene Lagereinheit 16 drehbar gehalten. Die Riemenscheibe 18 ist durch eine Schraube 17 fest an einem Ende der vorderen Antriebswelle 12A angebracht. Die Riemenscheibe 18 ist mit einem Motor eines Motorfahrzeugs als eine externe Antriebsquelle durch einen Kraftübertragungsriemen (nicht dargestellt) wirkverbunden, der um einen Außenumfang der Riemenscheibe gewunden ist. Entsprechend werden der Rotor 20 und die hintere Antriebswelle 12B zusammen mit der vorderen An­ triebswelle 12A durch die Antriebskraft des Motors gedreht, die über die Riemenscheibe 18 übertragen wird. Die Drehung des Ro­ tors 20 unterwirft das Silikonöl der Scherung, um hauptsächlich in dem Spalt zwischen der Innenwandoberfläche der Wärmeerzeu­ gungskammer 7 (die Innenumfangsfläche des Statorelements 2) und der Außenumfangsfläche des Rotors 20 (die Außenumfangsfläche des Außenumfangselements 23) Wärme zu erzeugen. Die erzeugte Wärme wird durch Wärmeaustausch durch das Statorelement 2 auf das in dem Wassermantel 8 fließende Umlaufwasser übertragen und das er­ hitzte Umlaufwasser wird dem Heizkreis zugeführt, um beispiels­ weise einen Fahrgastraum eines Motorfahrzeugs zu heizen.

Die Wärmeerzeugungsfähigkeit infolge Scherung durch einen Rotor wird annähernd unter der Bedingung berechnet, daß der Rotor eine Außenumfangsfläche hat, die nicht aufgerauht sondern glatt ist. Unter der Annahme, daß der Viskositätskoeffizient eines viskosen Fluids µ ist, der Spalt zwischen der Außenumfangsoberfläche des Rotors 20 und der Innenwandoberfläche der Wärmeerzeugungskammer 7 (das Statorelement 2) δ₁ ist, der Spalt zwischen jeder der End­ flächen des Rotors 20 und der zugehörigen inneren Endflächen der Wärmeerzeugungskammer 7 δ₂ ist und die Winkelgeschwindigkeit des Rotors ω ist, ist die an jeder Endfläche des Rotors 20 erzeugte Wärmemenge Q₁ durch

Q₁ = πµω²R⁴/δ₂

gegeben und die an der Außenumfangsfläche des Rotors 20 erzeugte Wärmemenge Q₂ ist durch

Q₂ = 2πµω²R³L/δ₁

gegeben.

Bei diesem Flüssigkeitsreibungsheizer ist, weil die Außenum­ fangsoberfläche des Rotors 20 als die hauptsächlich scherungs­ wirkende Oberfläche dient, die Beziehung δ₁ < δ₂ zusätzlich zu der Beziehung Radius R < axiale Länge L erzeugt, was somit zu der Be­ ziehung Q1 < Q₂ führt. Es ist somit deutlich geworden, daß eine größere Wärmemenge Q₂ an der Außenumfangsfläche des Rotors 20 er­ zeugt wird.

Ferner ist, wie in Fig. 1 und 3 gezeigt ist, eine Mehrzahl Nuten 31, 32 jeweils an der Außenumfangsfläche des trommelförmigen Ro­ tors 20 (i. e. die Außenumfangsfläche des Außenumfangselements 23) und der zugehörigen Innenumfangsfläche des Statorelements 2 ausgebildet. Die Nuten 31, 32 bilden eine Scherkraftvergröße­ rungseinrichtung zur Vergrößerung der auf das viskose Fluid aus­ geübten Scherkraft.

Die Nuten 31, die an der Außenumfangsfläche des Rotors 20 ausge­ bildet sind, und die Nuten 32, die an der Innenumfangsfläche des Statorelements 2 ausgebildet sind, erstrecken sich alle in Axialrichtung des Rotors 20 und zueinander parallel. Die Rich­ tung, in die sich die Achse C des Rotors 20 erstreckt, ist senk­ recht zur Richtung D der Drehung des Rotors 20 und zu dessen Um­ fangsrichtung. Dies bedeutet, daß jede Nut 31, 32 sich in einer Richtung abweichend von der Drehrichtung D des Rotors 20 er­ streckt. Zudem sind, indem eine Vielzahl von Nuten 31, 32 je­ weils in dem Rotor 20 und dem Statorelement 2 in der Drehrich­ tung D des Rotors 20 angeordnet sind, eine Vielzahl von Ausneh­ mungen und Vorsprüngen an der Außenumfangsfläche des Rotors 20 und der Innenumfangsfläche des Statorelements 2 ausgebildet, die sich in Axialrichtung des Rotors 20 erstrecken.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Nuten 31, die an der Außenumfangsfläche des Rotors 20 ausgebildet sind, mit 24 bestimmt, und die Nuten 31 sind in Umfangsrichtung des Rotors 20 nebeneinander mit gleichen Winkelabständen (d. h. 15°) dazwi­ schen angeordnet. Andererseits ist die Anzahl der an der Innen­ umfangsfläche des Statorelements 2 ausgebildeten Nuten mit 36 festgelegt und die Nuten 32 sind nebeneinander in Umfangsrich­ tung des Statorelements mit gleichen Winkelabständen (d. h. 10°) dazwischen angeordnet. Somit ist die Anzahl der Nuten 31 in dem Rotor 20 von der Anzahl der Nuten 32 in dem Statorelement 2 ver­ schieden.

Die Tiefe jeder der Nuten 31, 32 ist bestimmt, größer zu sein als der Abstand (Spalt) zwischen der Außenumfangsfläche des Ro­ tors 20 und der Innenumfangsfläche des Statorelements 2. Zudem haben, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die Nuten 31, 32 jeweils einen rechteckigen Querschnitt und die oberen Enden der jede Nut be­ grenzenden beiden Seitenwände sind bewußt nicht angephast, so daß die gewinkelten Kanten so belassen wurden wie sie sind.

Um eine Abnahme der Wärmeerzeugungsfähigkeit des viskosen Fluids durch die Scherkraft infolge einer teilweisen Zunahme des Ab­ stands zwischen der Außenumfangsfläche des Rotors 20 und der In­ nenumfangsfläche des Statorelements 2 zu vermindern, wie sie aus der Bildung der Nuten 31, 32 resultiert, sind die Flächen der Nuten 31, 32 derart gewählt, daß der Prozentsatz der durch die Nuten 31 belegten Fläche zu der Fläche der Außenumfangsfläche des Rotors 20, und der Prozentsatz der durch die Nuten 32 beleg­ ten Gesamtfläche zu der Innenumfangsfläche des Statorelements jeweils nicht größer als 20% sind.

Der Betrieb und die Vorteile des Flüssigkeitsreibungsheizers dieses Ausführungsbeispiels wird nun beschrieben.

Durch die Anwesenheit der Nuten 31, 32 variiert die Spaltgröße zwischen der Außenumfangsfläche des Rotors 20 und der Innenum­ fangsfläche des Statorelements 2 alternierend zunehmend und ab­ nehmend längs der Drehrichtung D des Rotors 20. Somit wird, zu­ sätzlich zu der Wirkung der Oberflächenspannung des viskosen Fluids die Wirkung des Einsperrens von Molekülketten des visko­ sen Fluids in Abschnitten gefördert, in denen die Spaltgröße zu­ nimmt, d. h. an den Stellen der Nuten 31, 32. Dies erhöht die auf das viskose Fluid bei der Drehung des Rotors 20 aufgebrachte Scherkraft. Im Ergebnis kann die durch den Flüssigkeitsreibungs­ heizer erzeugte Wärmemenge verglichen mit einem Fall gesteigert werden, bei dem die Nuten 31, 32 fehlen. Die Nuten 31, 32, die sich in Axialrichtung erstrecken, liegen im wesentlichen in senkrechter Beziehung zu dem viskosen Fluid, das sich mit der Drehung des Rotors 20 in der Drehrichtung D des Rotors 20 be­ wegt. Entsprechend können die die Scherkraftvergrößerungsein­ richtung bildenden Nuten 31, 32 die auf das viskose Fluid aufge­ brachte Scherkraft wirksam erhöhen.

Weil die Nuten 31, 32 als Ausnehmungen in dem effektiven Wärme­ erzeugungsbereich ausgebildet sind, kann in das viskose Fluid gemischtes Gas (Luft etc.) in den Nuten 31, 32 aufgefangen wer­ den. Dies gestattet es, Gas aus dem Spalt zwischen der Außenum­ fangsfläche des Rotors 20 und der Innenumfangsfläche des Statorelements 2 (insbesondere durch andere als die Nuten 31, 32 bestimmten Abschnitten) zu entfernen. Es ist somit möglich, einen Anstieg der Wärmeerzeugungsfähigkeit als Ergebnis einer solchen Gasauffangwirkung aufrecht zu erhalten.

Die oberen Enden jeder der beiden, jede Nut 31, 32 in der Außen­ umfangsfläche des Rotors 20 und der Innenumfangsfläche des Sta­ torelements 2 begrenzenden Seitenwände sind als gewinkelte Kan­ ten ausgeführt. Folglich kann die Wirkung des Einsperrens von Molekülketten des viskosen Fluids gefördert werden und die Sche­ rung des viskosen Fluids wird wirksamer erreicht, verglichen mit einem Fall, in dem die oberen Enden angephast sind, um runde Kanten zu erhalten. Ferner ist, weil das in den Nuten 31, 32 aufgefangene Gas weniger leicht davon frei kommt, die Funktion der Nuten 31, 32 zur Gasaufnahme darin verbessert, welches zu einer Erhöhung der auf das viskose Fluid aufgebrachten Scher­ kraft beiträgt.

Weil die Anzahl der Nuten 31 in dem Rotor 20 von der Anzahl der Nuten 32 in dem Statorelement verschieden ist, sind die Winkelintervalle zwischen den in dem Rotor 20 angeordneten Nuten 31 von den Winkelabständen zwischen den in dem Statorelement 2 angeordneten Nuten 32 verschieden. Somit kann während der Dre­ hung des Rotors 20 vermieden werden, daß die in dem Rotor 20 ausgebildeten vierundzwanzig Nuten 31 und die in dem Statorele­ ment 2 ausgebildeten sechsunddreißig Nuten 32 alle gleichzeitig einander gegenüberliegen. Somit sind Drehmomentschwankungen (Lastschwankungen), die während der Drehung des Rotors 20 auf­ treten, so gering, daß das Auftreten von Vibrationen und Geräu­ schen, die den Drehmomentschwankungen zugerechnet werden können, effizient kontrolliert werden kann.

Indem die Nuten 32 in dem Statorelement 2 in größerer Anzahl ausgebildet werden, kann die Wandfläche der zwischen der Wärme­ erzeugungskammer 7 und dem Wassermantel 8 (die Wärmeabgabekam­ mer) zwischengeordneten Wand zum Wärmeaustausch vergrößert wer­ den. Folglich kann die in der Wärmeerzeugungskammer 7 erzeugte Wärme effizient auf das Umlauffluid übertragen werden, das in der Wärmeabgabekammer 8 fließt. Dies wirkt zudem dahingehend, einen Wärmestau oder eine Wärmeansammlung in der Wärmeerzeu­ gungskammer 7 zu vermeiden und somit eine Verminderung der Wär­ meerzeugungswirkung des viskosen Fluids zu steuern.

Das erste Ausführungsbeispiel kann folgendermaßen modifiziert werden.

Während die Nuten 31, 32 jeweils an der Außenumfangsfläche des Rotors 20 und der Innenumfangsfläche des Statorelements 2 ausge­ bildet sind, kann diese Anordnung dahingehend modifiziert wer­ den, daß lediglich die Nuten 31 an der Außenumfangsfläche des Rotors 20 ausgebildet sind und keine Nuten an der Innenumfangs­ fläche des Statorelements 2 ausgebildet sind. Im Gegensatz dazu kann die obige Anordnung dahingehend modifiziert werden, daß keine Nuten an der Außenumfangsfläche des Rotors 20 ausgebildet sind und lediglich die Nuten 32 an der Innenumfangsfläche des Statorelements 2 ausgebildet sind. In jedem der beiden Fälle kann ein zu dem obigen ersten Ausführungsbeispiel gleicher Be­ trieb und dessen Vorteile erreicht werden.

Ferner kann, wie in Fig. 4 gezeigt ist, jede der in der Außenum­ fangsfläche des Rotors 20 ausgebildeten Nuten einen keilförmigen Querschnitt haben. In diesem Fall ist jede Nut 31 mit einem keilförmigen Querschnitt ausgebildet, so daß der Keil eine sanfte Neigung auf der vorderen Seite in der Drehrichtung D des Rotors 20 hat und eine steile Neigung oder Anstellung auf der Rückseite oder nachlaufenden Seite hat. Bei diesem Aufbau hat das obere Ende der geneigten Wand, die die Nut auf ihrer Rück­ seite in der Drehrichtung D des Rotors 20 begrenzt, eine gewin­ kelte Kante, die zur Verstärkung der bei der Drehung des Rotors 20 auf das viskose Fluid ausgeübten Scherkraft dient und die Funktion der Nuten 31 zur Aufnahme von Gas darin erhöht. Zudem können, entsprechend den obigen keilförmigen Nuten 31, die Nuten 32 in der Innenumfangsfläche des Statorelements 2 als die Trenneinrichtung einen keilförmigen Querschnitt haben.

Ein zweites Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben. Der trommelförmige Rotor 20 des in Fig. 1 bis 3 gezeigten Flüs­ sigkeitsreibungsheizers kann durch einen käfigartigen Rotor 40 ersetzt werden, wie er in Fig. 5 gezeigt ist. Der käfigartige Rotor 40 ist gebildet, indem das Außenumfangselement 23 des trommelförmigen Rotors durch eine Vielzahl von Verbindungsele­ menten 41 ersetzt ist. Insbesondere sind die Vielzahl von Ver­ bindungselementen 41 an Außenumfängen des Paars scheibenförmiger Stützelemente 21, 22 befestigt, welche jeweils keilnutenförmig mit den vorderen und hinteren Antriebswellen 12A, 12B verbunden sind, und die in einem vorbestimmten Abstand in Längsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Verbindungselemente 41 beste­ hen jeweils aus einem stab- oder stangenförmigen Element dessen Länge der axialen Länge L des Rotors 40 entspricht. Die Verbin­ dungselemente 41 sind nebeneinander in Umfangsrichtung des Ro­ tors mit gleichen Winkelabständen dazwischen angeordnet und er­ strecken sich in Axialrichtung des Rotors 40 (Axialrichtung der Antriebswellen 12A, 12B) parallel zueinander. Zwischen benach­ barten Verbindungselementen 41 sind Spalte gebildet, durch die der Innenraum des käfigförmigen Rotors 40 mit der Wärmeerzeu­ gungskammer 7 verbunden ist.

Indem der käfigartige Rotor 40 verwendet wird, kann der Innen­ raum des Rotors 40 als eine Kammer zur Speicherung von Silikonöl (viskoses Fluid) verwendet werden. Dies ist vorteilhaft dahinge­ hend, daß eine größere Menge Silikonöl gespeichert werden kann, so daß dessen Zerstörung erst nach einer längeren Zeitspanne be­ ginnt. Die Verwendung des käfigartigen Rotors 40 macht es zudem möglich, das Anlaufdrehmoment des Rotors zu vermindern und den Anlaufschlag zu verringern. Wenn der Rotor 40 zu drehen beginnt, wird das Silikonöl zusätzlich zur Wirkung der Zentrifugalkraft durch die Wirkung der Verbindungselemente 41 gezwungen, sich gleichmäßig über den gesamten Außenumfang des Rotors 40 zu ver­ teilen, indem sie das Öl nach oben schieben oder kämmen. Im Er­ gebnis wird das Öl effizient der Scherung durch die Verbindung­ selemente 41 unterworfen.

Durch die Drehung des käfigartigen Rotors 40 bewegen sich die Verbindungselemente 41 längs der Innenumfangsfläche des Statorelements 2 als die Trenneinrichtung, während sie eine ge­ genüberliegende Beziehung dazu einhalten, aber sie variieren die Spaltweite zwischen dem Außenumfang des Rotors 40 und der Innen­ umfangsfläche des Statorelements 2 in der Drehrichtung D des Ro­ tors 40. In dem zweiten Ausführungsbeispiel dient folglich die Mehrzahl der Verbindungselemente 41 als die Scherkraftvergröße­ rungseinrichtung.

Ein drittes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben. Die auf den trommelförmigen Rotor 20 vorzusehende Scherkraftver­ größerungseinrichtung ist nicht auf die Nuten 31 (oder Rippen) begrenzt, die sich in Axialrichtung des Rotors erstrecken. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann eine Vielzahl von Grübchen oder Ver­ tiefungen 33 an der Außenumfangsfläche des Außenumfangselements 23 vorgesehen sein, das die Außenumfangsfläche des Rotors 20 de­ finiert. Fig. 6 zeigt schematisch das Außenumfangselement 23 des trommelförmigen Rotors 20 in einer Form, die aus dem Schneiden des Außenumfangselements 23 längs einer sich in Axialrichtung erstreckenden Linie und anschließendes Flachdrücken erhalten ist (eine sogenannte Abwicklung). In der Draufsicht sind die Grüb­ chen 33 kreisförmig. Die Grübchen 33 sind über die gesamte Um­ fangsfläche des Außenumfangselements 23 mit einer solchen Regel­ mäßigkeit verteilt, daß sie auf Linien aufgereiht sind, die sich in Drehrichtung D des Rotors 20 erstrecken, und sind voneinander auf jeder der Linien durch vorbestimmte Abstände oder Intervalle (folglich gleiche Winkelabstände) dazwischen beabstandet.

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt eines jeden Grübchens 33. Die Querschnittsform jedes Grübchens 33 kann rechtwinklig (siehe Fig. 7A) oder gerundet, wie eine Untertasse (siehe Fig. 7B) sein. Jedoch hat, wenn das Grübchen 33 einen rechtwinkligen Querschnitt hat, das obere Ende einer das Grübchen begrenzenden Umfangswand eine gewinkelte Kante, die das Grübchen 33 in die Lage versetzt, eine größere Scherkraft auf das viskose Fluid auszuüben und die Funktion der zuvor beschriebenen Gasspeiche­ rung zu verbessern. Jedes geeignete Verfahren kann zur Bildung der Grübchen 33 verwendet werden. Beispielsweise können die Grübchen 33 durch Funkenerosionsbearbeitung erzeugt werden, in­ dem säulenförmige Elektroden in Gegenüberlage zur Außenumfangs­ fläche des Außenumfangselements angeordnet werden, nachdem das zylindrische Außenumfangselement 23 geformt wurde. Alternativ können die Grübchen 33 zur gleichen Zeit gebildet werden, zu der das zylindrische Außenumfangselement 23 geschmiedet oder gepreßt wird.

Mit der Anwesenheit der wie oben ausgeführt ausgebildeten Grüb­ chen 33, variiert die Spaltweite zwischen der Außenumfangsfläche des Rotors 20 und der Innenumfangsflächen des Statorelements 2 in der Drehrichtung D des Rotors 40. In dem dritten Ausführungs­ beispiel dienen die Grübchen 33 als die Scherkraftvergrößerungs­ einrichtung. Zusätzlich können den Grübchen 33 gleichende Grüb­ chen an der Innenumfangsfläche des Statorelements 2 ausgebildet sein. Ferner ist die Form der Grübchen in einer Draufsicht nicht auf einen Kreis beschränkt, sondern sie können elliptisch oder polygonal (z. B. quadratisch) sein.

Es ist anzumerken, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen ersten bis dritten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern modifiziert werden kann, wie nachfolgend beschrieben ist.

In den obigen ersten bis dritten Ausführungsbeispielen steht die spiralförmige Rippe 2a von der Außenumfangsfläche des Statorele­ ments 2 vor. Anstelle der Rippe 2a kann eine Anzahl von Wärmeab­ gaberippen oder Flossen über nahezu die gesamte äußere Umfangs­ fläche des Statorelements 2 ausgebildet sein, so daß die ent­ fernten Enden der Rippen oder Flossen die Innenumfangsfläche des Zwischengehäuses 1 nicht berühren.

In den obigen ersten bis dritten Ausführungsbeispielen ist die Riemenscheibe 18 direkt an dem Ende der Antriebswelle 12A befestigt, wie in Verbindung mit dem Flüssigkeitsreibungsheizer gemäß Fig. 1 erläutert wurde. Es kann jedoch ein elektromagneti­ scher Kupplungsmechanismus zwischen der Riemenscheibe 18 und der Antriebswelle 12A angeordnet sein, so daß die Antriebskraft des Motors wahlweise auf die Antriebswelle 12A etc. je nach Bedarf übertragen werden kann.

Radialnuten können an den vorderen und hinteren Endflächen des trommelförmigen Rotors 20 oder des käfigartigen Rotors 40 ausge­ bildet sein, während gleichartige Radialnuten an den inneren Wandflächen, die den vorderen und hinteren Endflächen des Rotors gegenüberliegen, ausgebildet sein können. Diese Radialnuten die­ nen als eine Scherkraftverstärkungseinrichtung, die an beiden Endflächen des im wesentlichen säulenförmigen Rotors vorgesehen sind, um die auf das viskose Fluid aufgebrachte Scherkraft zu erhöhen.

Der Ausdruck "viskoses Fluid", der in der vorhergehenden Be­ schreibung hier verwendet wurde, bezieht sich auf alle Arten von Medien, die geeignet sind Wärme durch Flüssigkeitsreibung oder innere Reibung zu erzeugen, wenn sie der Scherwirkung bei der Drehung des Rotors unterworfen werden. Folglich ist das viskose Fluid weder auf eine Flüssigkeit oder eine Halbflüssigkeit mit hoher Viskosität beschränkt noch ist sie auf Silikonöl be­ schränkt.

Ein Flüssigkeitsreibungsheizer, der die erzeugte Wärmemenge ohne spezielle Einrichtungen zur Vergrößerung des effektiven Wärmeer­ zeugungsbereichs erreicht. Ein Heizergehäuse ist aus einem Zwischengehäuse (1), einem zylindrischen Statorelement (2), ei­ nem vorderen Gehäuse (5) und einem hinteren Gehäuse (6) gebil­ det. Das Heizergehäuse begrenzt darin eine Wärmeerzeugungskammer (7) und eine Wärmeabgabekammer (Wassermantel) (8) um die Wärme­ erzeugungskammer. Vordere und hintere Antriebswellen (12A), (12B) und ein Rotor (20) sind in der Wärmeerzeugungskammer (7) miteinander drehbar angeordnet, während Silikonöl als ein visko­ ses Fluid in der Wärmeerzeugungskammer ebenfalls eingeschlossen ist. Eine Vielzahl von Nuten (31, 32) die sich in Axialrichtung des Rotors erstrecken, sind jeweils an einer Außenumfangsfläche des Rotors (20) und/oder einer Innenumfangsfläche des Statorelements (2) ausgebildet, wobei die Nuten als eine Scherkraftvergrößerungseinrichtung dienen.

Claims (10)

1. Flüssigkeitsreibungsheizer, in dem eine Wärmeerzeugungskammer (7) und eine Wärmeabgabekammer (8) in einem Gehäuse (1) vonein­ ander getrennt sind, wobei ein in der Wärmeerzeugungskammer (7) eingeschlossenes viskoses Fluid bei der Drehung eines Rotors (20, 40) einer Scherung unterworfen wird, um Wärme zu erzeugen, und wobei die erzeugte Wärme auf ein Umlauffluid in der Wärmeab­ gabekammer (8) übertragen wird und dadurch das Umlauffluid er­ hitzt, wobei der Flüssigkeitsreibungsheizer
eine in dem Gehäuse (1) vorgesehene, einen Außenumfang des Rotors (20, 40) umgebende Trenneinrichtung (2) hat, um die Wär­ meerzeugungskammer (7) an der Innenumfangsseite der Trennein­ richtung (2) zu begrenzen und die Wärmeabgabekammer (8) an der Außenumfangsseite der Trenneinrichtung (2) zu begrenzen, und
eine Scherkraftvergrößerungseinrichtung (31, 32, 33, 41) hat, die mindestens an dem Rotor (20, 40) oder der Trenneinrich­ tung (2) vorgesehen ist, um eine auf das viskose Fluid aufge­ brachte Scherkraft zu erhöhen, wobei die Scherkraftver­ größerungseinrichtung derart aufgebaut ist, daß die Spaltseite zwischen dem Rotor (20, 40) und der Trenneinrichtung (2) entlang der Drehrichtung (D) des Rotors (20, 40) variiert.

2. Flüssigkeitsreibungsheizer nach Anspruch 1, wobei die Scher­ kraftvergrößerungseinrichtung (31, 32) von Ausnehmungen und Vor­ sprüngen an mindestens der Außenumfangsfläche des Rotors (20, 40) oder der Innenumfangsfläche der Trenneinrichtung (2), die der Außenumfangsfläche des Rotors (20, 40) gegenüberliegend an­ geordnet ist, gebildet ist, die sich in einer Richtung abwei­ chend von der Drehrichtung (D) des Rotors (20, 40) erstrecken.

3. Flüssigkeitsreibungsheizer nach Anspruch 1, wobei der Rotor (40) ein Paar scheibenförmige Stützelemente (21, 22) aufweist, die voneinander durch einen vorbestimmten Abstand in Längsrich­ tung beabstandet sind, und eine Vielzahl von Verbindungselemen­ ten (41) hat, die fest an Außenumfängen der scheibenförmigen Stützelementen (21, 22) angebracht sind, wobei die Verbindungselemente (41) längs der Innenumfangsfläche der Trenneinrichtung (2) bei der Drehung des Rotors (40) bewegt wer­ den, während sie eine gegenüberliegende Beziehung zu der Innen­ umfangsfläche der Trenneinrichtung (2) einhalten, wodurch die Verbindungselemente (41) als die Scherkraftvergrößerungseinrich­ tung dienen.

4. Flüssigkeitsreibungsheizer nach Anspruch 1, wobei die Scher­ kraftvergrößerungseinrichtung von einer Vielzahl von Grübchen (33) gebildet ist, die auf verteilte Weise mindestens an der In­ nenumfangsfläche des Rotors (20, 40) oder der Außenumfangsfläche der Trenneinrichtung (2), die der Außenumfangsfläche des Rotors (20, 40) gegenüberliegend angeordnet ist, ausgebildet sind.

5. Flüssigkeitsreibungsheizer nach Anspruch 1, wobei der Rotor (20, 40) eine zylindrische Form hat, so daß seine Außenumfangs­ fläche eine axiale Länge (L) hat, die größer ist als sein Radius (R).

6. Flüssigkeitsreibungsheizer nach Anspruch 2, wobei die Ausneh­ mungen und Vorsprünge durch eine Vielzahl von Nuten (31, 32) ge­ bildet sind, die sich in Axialrichtung des Rotors (20) und min­ destens an der Außenumfangsoberfläche des Rotors (20) oder der Innenumfangsfläche der Trenneinrichtung (2) erstrecken.

7. Flüssigkeitsreibungsheizer nach Anspruch 5, wobei die Wärme­ abgabekammer (8) einen Umlaufdurchlaß für ein Umlauffluid hat, der spiralförmig in der Wärmeabgabekammer (8) begrenzt ist.

8. Flüssigkeitsreibungsheizer nach Anspruch 6, wobei die Ausneh­ mungen und Vorsprünge durch Bildung einer Vielzahl von Nuten (31, 32) gebildet ist, die sich in Axialrichtung des Rotors so­ wohl an der Außenumfangsfläche des Rotors (20) und der Innenum­ fangsfläche der Trenneinrichtung (2) erstrecken, wobei die An­ zahl der Nuten (31) in dem Rotor (20) von der Anzahl der Nuten (32) in der Trenneinrichtung (2) verschieden gewählt ist.

9. Flüssigkeitsreibungsheizer nach Anspruch 8, wobei die Nuten (31, 32) jeweils derart ausgebildet sind, daß die oberen Enden beider die Nut (31, 32) begrenzender Seitenwände gewinkelte Kan­ ten haben.

10. Flüssigkeitsreibungsheizer nach Anspruch 9, wobei ein Pro­ zentsatz der von den Nuten (31) in dem Rotor (20) belegten Ge­ samtfläche an der Fläche der Außenumfangsfläche des Rotors (20), und ein Prozentsatz der durch die Nuten (32) in der Trennein­ richtung (2) belegten Fläche zur Innenumfangsfläche der Trenneinrichtung (2) jeweils nicht größer als 20% ist.