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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Wärmeerzeuger
zur Erzeugung von Wärme
mit einem viskosen Fluid (im folgenden der Einfachheit halber kurz
Visco-Wärmeerzeuger
genannt), worin ein in einem geschlossenen Raum eingeschlossenes
viskoses Fluid der Einwirkung von Scherkräften durch einen rotierenden
Körper,
d. h. ein Rotorelement, ausgesetzt wird, um Wärme zu erzeugen, welche von
einer Wärmeübertragungs-
oder Wärmetauschflüssigkeit,
typisch Wasser, die einen Wärmeaufnahmeraum
durchströmt,
aufgenommen wird. Die von der Wärmetauschflüssigkeit
aufgenommene Wärme kann
beispielsweise dazu verwendet werden, die Luft in einem zu beheizenden
Objekt zu erwärmen.
Der erfindungsgemäße Visco-Wärmeerzeuger
kann vorteilhaft als Wärmeerzeugungsquelle
verwendet werden, die z. B. in ein Heizsystem oder Klimatisierungssystem
eines Automobils eingebunden ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Die US-PS Nr. 4 993 377 (Itakura)
offenbart eine Heizeinrichtung für
ein Automobil, welche einen Visco-Wärmeerzeuger enthält. Der
in der US-PS Nr. 4 993 377 beschriebene Visco-Wärmeerzeuger umfasst ein von
einem vorderen und einem hinteren Gehäuse gebildetes Paar von Gehäusen, die
einander gegenüberliegen
und mittels Durchgangsbolzen fest miteinander verbunden sind, um
einen inneren Wärmeerzeugungsraum
und einen Wärmeaufnahmeraum
zu definieren, welche durch eine Trennwand voneinander getrennt
sind, durch die die Wärme
zwischen dem viskosen Fluid in dem Wärmeerzeugungsraum und dem Wasser
in dem Wärmeaufnahmeraum
ausgetauscht wird. Der Wärmeaufnahmeraum
ist deshalb so angeordnet, dass er außerhalb, aber in der Nähe des Wärmeerzeugungsraumstiegt. Das
Wärmeübertragungswasser
wird in den Wärmeaufnahmeraum über eine
Wassereinlassöffnung
eingeführt
und von dem Wärmeaufnahmeraum
zu einem externen Heizungssystem hin abgeführt, wobei das Wasser laufend
durch den Wärmeerzeuger
und das externe Heizungssystem zirkulieren gelassen wird.
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Eine Antriebswelle ist in dem vorderen
Gehäuse über ein
Wälzlager
drehbar gelagert und trägt ein
Rotorelement in der Weise, dass sich das Rotorelement mit der Antriebswelle
innerhalb des Wärmeerzeugungsraums
dreht. Das Rotorelement weist Außenflächen auf, die in einer Stirn-Stirn-Anordnung mit
den Wandflächen
des Wärmeerzeugungsraums angeordnet
sind und hierzwischen Labyrinthrillen bilden, und ein viskoses Fluid,
bei dem es sich zum Beispiel um Siliconöl handeln kann, wird in den
Wärmeerzeugungsraum
eingebracht, um die Labyrinthrillen zwischen dem Rotor und den Wandflächen des Heizraums
zu füllen.
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Wenn der Visco-Wärmeerzeuger in das Heizungssystem
eines Automobils eingebunden ist, ist der Wärmeerzeuger selbst in einem
Einbauraum untergebracht, der sich um eine Motorkurbelwelle erstreckt,
so dass er mit dem Fahrzeugmotor operativ verbunden ist. Dementsprechend
dreht sich die Antriebswelle des Visco-Wärmeerzeugers und damit auch
das Rotorelement innerhalb des Wärmeerzeugungsraums,
wobei eine scherende Kraft auf das viskose Fluid in dem Heizraum
wirkt. Unter der Wirkung der Scherkräfte erzeugt das viskose Fluid
Wärme, und
zwischen der viskosen Flüssigkeit
innerhalb des Wärmeerzeugungsraums
und dem durch den Wärmeaufnahmeraum
fließenden
Wasser findet ein Wärmetausch
statt. Das erwärmte
Wasser wird durch das Heizungssystems des Automobils zirkulieren
gelassen, um den Raum innerhalb des Automobils zu erwärmen.
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Bei dem im Vorstehenden beschriebenen konventionellen
Visco-Wärmeerzeuger
ist das Rotorelement im Allgemeinen ausgebildet als scheibenförmiges Element
mit einem Zentralvorsprung-Bereich, über den das Rotorelement an
der Antriebswelle montiert ist, und einem kreisförmigen Wärmeerzeugungsbereich, der sich
um den Vorsprungbereich erstreckt und auf die viskose Flüssigkeit
wirkt, um Wärme
zu erzeugen. Der kreisförmige
Wärmeerzeugungsbereich
hat, bezogen auf die Rotationsachse der Antriebswelle, einen Radius,
der größer ist
als die axiale Länge
des Zentralvorsprung-Bereichs. Im Einzelnen muss – um die
Erzeugung einer großen
Wärmemenge
sicherzustellen – der
Durchmesser des kreisförmigen
Wärmeerzeugungsbereichs
groß genug
sein, um eine große
Wärmeerzeugungsfläche auf
der gegenüberliegenden
Seite des Rotorelementes zu bilden, und dementsprechend fallen die
Abmessungen der konventionellen Visco-Wärmeerzeugungseinrichtung in
einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse der Antriebswelle merklich
groß aus.
Die Folge ist, dass es schwierig ist, einen Einbauraum innerhalb
eines Motorraums zu finden, der einen geeigneten Einbau des Visco-Wärmeerzeugers
erlaubt, so dass dieser Antriebskraft von einem Fahrzeugmotor empfangen
kann, auch wenn im Allgemeinen der Fahrzeugmotor nur einen begrenzten
Einbauraum seitlich und benachbart zur Kurbelwelle bietet.
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Die US-PS Nr. 4 277 020 offenbart
eine Visco-Heizvorrichtung mit einem Gehäuse und einer innerhalb des
Gehäuses
angeordneten Trommel. Das Gehäuse
umfasst eine zylinderförmige
innere Oberfläche,
welche mit einer Mehrzahl von eng benachbarten parallelen Umfangsnuten
versehen ist. Die Trommel weist eine zylinderförmige Außenoberfläche eng benachbart zu der Innenoberfläche des
Gehäuses
auf. In der Außenoberfläche der
Trommel sind ebenfalls, wenigstens angenähert umfangsmäßige eng
benachbarte Nuten gebildet. Der Raum zwischen der Innenoberfläche des
Gehäuses
und der Außenoberfläche der
Trommel bildet einen Wärmeerzeugungsraum,
in den eine zu erwärmende Flüssigkeit
eingespritzt wird. Das Gehäuse
und die Trommel rotieren relativ zueinander, so dass die Flüssigkeit
geschert wird und außerdem
eine Flüssigkeitsströmung durch
die jeweiligen Nuten in den Oberflächen des Wärmeerzeugungsraums induziert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt
in der Bereitstellung eines Visco-Wärmeerzeugers,
welcher so ausgebildet ist, dass er in den vorhandenen Einbauraum,
der sich seitlich und benachbart zu der Kurbelwelle erstreckt, eingebaut
werden kann, ohne dass eine Einbuße an Wärmeerzeugungsleistung des Wärmeerzeugers
eintritt.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Visco-Wärmeerzeugers
mit einem neuartigen sich zylinderförmig erstreckenden Wärmeerzeugungs-
und Wärmeaufnahmeraum
durch Einführung
eines Rotorelementes, welches in axialer Richtung gesehen eine längliche Gestalt
aufweist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung liegt in der Bereitstellung eines gewichtsreduzierten
und einfach herstellbaren Visco-Wärmeerzeugers.
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Erfindungsgemäß wird ein Visco-Wärmeerzeuger
bereitgestellt, welcher umfasst:
eine zylinderförmige Gehäuseanordnung
mit einem darin definierten zylinderförmigen Raum;
eine Antriebswelle,
welche in der zylinderförmigen Gehäuseanordnung
drehbar angeordnet ist und einen sich in axialer Richtung in den
zylinderförmigen Raum
hineinerstreckenden Hauptteil und einen sich von dem Hauptteil erstreckenden
Endteil zum Aufnehmen einer Antriebskraft aufweist;
ein Rotorelement,
welches an dem Hauptteil der Antriebswelle angeordnet ist, so dass
es mit ihr innerhalb des zylinderförmigen Raums der Gehäuseanordnung
rotiert, wobei das Rotorelement einen Außenoberflächenbereich aufweist, um innerhalb
des zylinderförmigen
Raums der Gehäuseanordnung
einen Wärmeerzeugungsraum
und einen Wärmeaufnahmeraum
zu definieren, welche durch Trennmittel fluidisch voneinander getrennt
sind, wobei der Wärmeerzeugungsraum
Innenwandungen aufweist und die Trennmittel ein zwischen dem Wärmeerzeugungsraum
und dem Wärmeaufnahmeraum
angeordnetes zylinderförmiges
ringförmiges
Element umfassen;
Flüssigkeitsdurchlass-Mittel,
um eine Wärmetauschflüssigkeit
durch den Wärmeaufnahmeraum
fließen zu
lassen;
ein viskoses Fluid, welches einem Raum zugeführt wird,
der sich zwischen den Innenwandungen des Wärmeerzeugungsraums und dem
Außenoberflächenbereich
des Rotorelementes erstreckt, um Wärme aufgrund der Rotation des
Rotorelementes zu erzeugen;
wobei der Außenoberflächenbereich des Rotorelementes
einen in axialer Richtung kontinuierlichen zylinderförmigen Oberflächenbereich
mit einem gegebenen Radius "R" und einer gegebenen axialen Länge "L"
aufweist und wobei der Wärmeerzeugungsraum
einen durch seine Innenwandungen und den in axialer Richtung kontinuierlichen
zylinderförmigen Oberflächenbereich
des Rotorelementes definierten zylinderförmigen Wärmeerzeugungsbereich aufweist;
wobei
der Hauptteil der Antriebswelle sich in axialer Richtung durch den
zylinderförmigen
Raum erstreckt;
wobei das Rotorelement in axialer Richtung
von länglicher
Gestalt ist;
wobei der gegebene Radius "R" und die gegebene Länge "L"
so vorgesehen sind, dass eine maßliche Beziehung zwischen ihnen
erfüllt
ist, worin "L" größer ist
als "R"; und
wobei die Trennmittel eine an ihrem Außenumfang gebildete
spiralig verlaufende Rippe aufweisen, wobei die Rippe in dem Wärmeaufnahmeraum
angeordnet ist, so dass ein spiralig verlaufender Fluidströmungskanal
definiert ist, durch den die Wärmetauschflüssigkeit
mittels der Flüssigkeitsdurchlass-Mittel
fließen
gelassen wird.
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Bevorzugt ist der Wärmeaufnahmeraum
nur um den in axialer Richtung kontinuierlichen zylinderförmigen Oberflächenbereich
des länglichen
Rotorelementes herum definiert.
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Die Flüssigkeitsdurchlass-Mittel können eine Flüssigkeitseinlassöffnung zum
Einbringen der Wärmetauschflüssigkeit
in den Wärmeaufnahmeraum zum
Aufnehmen von Wärme
von dem Wärmeerzeugungsraum
und eine Flüssigkeitsauslassöffnung zum Ausbringen
der Wärmetauschflüssigkeit
aus dem Wärmeaufnahmeraum
nach Aufnahme der Wärme aufweisen.
Bevorzugt sind die Flüssigkeitseinlass- und
die Flüssigkeitsauslassöffnung so
vorgesehen, dass sie in einer gemeinsamen Ebene liegen, die so verläuft, dass
sie in sich die Rotationsachse der Antriebswelle enthält, so dass
die kontinuierliche Herstellung des Flüssigkeitseinlasses und Flüssigkeitsauslasses
durch einen Arbeiter erzielt werden kann, ohne die Position der
Gehäuseanordnung
verändern zu
müssen.
Auf diese Weise kann die Herstellung des Visco-Wärmeerzeugers per se vereinfacht
werden. Ferner kann die Anordnung der Flüssigkeitseinlass- und der Flüssigkeitsauslassöffnung in
einer gemeinsamen Ebene auch dazu beitragen, die Leitung für die Wärmetauschflüssigkeit,
typisch Wasser, im begrenzten Raumangebot des Motorraums zu vereinfachen.
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Bevorzugt ist das längliche
Rotorelement ein hohles zylinderförmiges Element, typisch aus
einem Aluminiumlegierungsmaterial hergestellt. Auf diese Weise kann
das längliche
Rotorelement zu einer Gewichtsreduzierung des Visco-Wärmeerzeugers
beitragen. Ferner ist das längliche
Rotorelement nach einem Presssitz-Fügeverfahren fest mit der Antriebswelle
verbunden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Die obengenannten und weitere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben in Verbindung
mit der beigefügten
zeichnerischen Darstellung noch näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Längsquerschnitt
eines Visco-Wärmeerzeugers
gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung; und
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2 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugmotors, die eine Außenansicht
des Motors zeigt, an dem verschiedene Hilfseinrichtungen einschließlich des
erfindungsgemäßen Visco-Wärmeerzeugers
angeordnet sind, um von dem Motor angetrieben zu werden.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Es wird nun auf 1 Bezug genommen, gemäß welcher ein Visco-Wärmeerzeuger
eine Gehäuseanordnung
mit einem mittleren Gehäuse 1 in Gestalt
eines zylinderförmigen
Hohlelementes und einen mit dem mittleren Gehäuse 1 durch Presssitz gefügten hohlen
Zylinderblock 2 aufweist. Das mittlere Gehäuse 1 und
der Zylinderblock 2 haben im Wesentlichen die gleiche axiale
Länge,
um ein vorderes Ende – links
in 1 – und ein
gegenüberliegendes hinteres
Ende zu bilden. Die Gehäuseanordnung
umfasst ferner ein vorderes Gehäuse 5,
welches mit dem vorderen Ende des mittleren Gehäuses 1 und dem Zylinderblock 2 über ein
vorderes Dichtungselement 3 fest verbunden ist, und ein
hinteres Gehäuse 6,
welches mit dem hinteren Ende des mittleren Gehäuses 1 und dem Zylinderblock 2 über ein
hinteres Dichtungselement 4 fest verbunden ist. Die Gehäuseanordnung
definiert also einen in ihr gebildeten zylinderförmigen Raum, in dem ein Rotorelement 15 aufgenommen
ist, auf das später
noch eingegangen wird. Die Gehäuseanordnung
ist mit einem Wärmeerzeugungsraum 7 innerhalb
des Zylinderblocks 2 versehen, gebildet durch Zwischenräume, die
sich zwischen einer Innenwand des Zylinderblocks 2 und dem
Rotorelement 15 erstrecken und sich ferner zwischen den
axialen Enden des Rotorelementes 15 und inneren Endwänden des
vorderen und hinteren Gehäuses 5 und 6 erstrecken.
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Die Gehäuseanordnung ist ferner mit
einem Wärmeaufnahmeraum WJ versehen,
der sich zwischen einer zylinderförmigen Innenwand des mittleren
Gehäuses 1 und
einem im Wesentlichen zylinderförmigen
Außenumfang
des Zylinderblocks 2 erstreckt. Hierbei ist der Zylinderblock 2 mit
einer Rippe 2a versehen, welche integral geformt am Außenumfang
des Zylinderblocks angeordnet ist und sich spiralförmig und
kontinuierlich von einer Position in der Nähe des vorderen Endes der Gehäuseanordnung zu
einer anderen Position in der Nähe
des hinteren Endes der Gehäuseanordnung
erstreckt. In ihrer Erstreckung vom Außenumfang des Zylinderblocks 2 nach
der Innenwand des mittleren Gehäuses 1 hin definiert
die spiralförmig
verlaufende Rippe 2a in dem Wärmeaufnahmeraum WJ einen
spiralig verlaufenden Fluidkanal, durch den eine Wärmetauschflüssigkeit
fließen
kann, während
sie Wärme
von dem Wärmeerzeugungsraum 7 aufnimmt.
Um die Wärmeaufnahme
der Wärmetausch flüssigkeit
zu fördern,
können
Wärmeaustauschrippen
vorgesehen sein, die sich von der zylinderförmigen Innenwand des mittleren
Gehäuses 1 oder
dem Außenumfang
des Zylinderblocks 2 in den Wärmeaufnahmeraum WJ erstrecken.
Die Rippen können
die mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit
in Kontakt kommende Oberfläche des
Außenumfangs
des Zylinderblocks vergrößern, so
dass eine Steigerung des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung von dem Wärmeerzeugungsraum 7 auf
die in dem Wärmeaufnahmeraum WJ strömende Wärmeübertragungsflüssigkeit
durch den Außenumfang
des Zylinderblocks 2 erzielt werden kann. Es sei angemerkt,
dass die Rippe 2a von 1 auch
als Wärmeaustauschrippe
fungiert.
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Eine Einlassöffnung 8 zum Einführen der Wärmetauschflüssigkeit,
typisch Wasser, von einem externen Heizkreis (in 1 nicht gezeigt) in den Wärmeaufnahmeraum WJ ist
in einem Bereich des mittleren Gehäuses 1 vorgesehen.
In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Einlassöffnung 8 in
einer Position benachbart zu dem vorderen Ende des mittleren Gehäuses 1 angeordnet.
Ferner ist eine Auslassöffnung 9 zum
Abführen
der Wärmeübertragungsflüssigkeit
von dem Wärmeaufnahmeraum WJ in
den externen Heizkreis in einem anderen Bereich des mittleren Gehäuses 1 vorgesehen,
d. h. in einer Position benachbart zu dem hinteren Ende des mittleren
Gehäuses 1.
Die Einlass- und Auslassöffnung 8 und 9 sind
in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, welche den Außenumfang
des mittleren Gehäuses 1 schneidet
und sind von röhrenförmigen Elementen gebildet,
welche einen inneren Durchlass aufweisen, der mit dem Wärmeaufnahmeraum WJ in
fluidischer Verbindung steht. Die obengenannte gemeinsame Ebene
ist bevorzugt eine Ebene, welche in sich eine Rotationsachse der
Antriebswelle 14 enthält.
Die Anordnung der Einlass- und Auslassöffnungen 8 und 9 in
der gemeinsamen Ebene können
ihre Herstellung durch die Verwendung der röhrenförmigen Elemente vereinfachen.
Dies begründet
sich darin, dass zwei Durchgangslöcher im Außenumfang des mittleren Gehäuses 1,
in die die röhrenförmigen Elemente
der Einlass- und Auslass öffnungen 8 und 9 dichtsitzend gefügt werden,
mit Hilfe einer Werkzeugmaschine gebohrt werden können, ohne
die Position des mittleren Gehäuses 1 zu
verändern.
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Die Gehäuseanordnung ist ferner mit
Wellendichtungsvorrichtungen 10 und 11 und Wälzlagern 12 und 13 zur
drehbaren Anordnung einer Antriebswelle 14 versehen. Die
Antriebswelle 14 weist einen sich in Axialrichtung erstreckenden
Hauptteil 14a und einen sich von dem Hauptteil erstreckenden
Teil 14b auf. Der Hauptteil 14a der Antriebswelle 14 erstreckt sich
durch den zylinderförmigen
Raum der Gehäuseanordnung
und trägt
das Rotorelement 15 in Gestalt eines in axialer Richtung
länglichen,
hohlen, zylinderförmigen
Elementes. Bevorzugt wird das längliche Rotorelement 15 mit
Presssitz mit dem Hauptteil 14a der Antriebswelle 14 gefügt, so dass
sie gemeinsam rotieren. Alternativ kann das Rotorelement 15 mit
der Antriebswelle 14 mit Klebstoff nach Bedarf verbunden
werden. Ferner kann das längliche
hohle Rotorelement 15 bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung nach
dem Spritzgießverfahren
hergestellt werden.
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Ein Außenumfang des länglichen
Rotorelementes 15 und die Innenwand des Zylinderblocks 2 definieren
einen Hauptteil des Wärmeerzeugungsraums 7 in
Gestalt eines ringförmigen
Raums, der sich zylinderförmig
um den Außenumfang
des Rotorelementes 15 erstreckt. Der Außenumfang des Rotorelementes 15 hat
einen Radius "R" bezogen auf die Rotationsachse der Antriebswelle 14 und
eine axiale Länge
"L", wie in 1 gezeigt.
Die Innenwand des Zylinderblocks 2 kann rückspringend
ausgebildet sein, um Labyrinthnuten in dem Wärmeerzeugungsraum 7 zu
bilden.
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Der Wärmeerzeugungsraum 7,
welcher einen ringförmigen
Raum umfasst, der sich zwischen dem Außenumfang des länglichen
Rotorelementes 15 und der Innenwand des Zylinderblocks 2 erstreckt, und
entsprechende kreisförmige Räume, die
sich zwischen den Endwandungen des vorderen und hinteren Gehäuses 5 und 6 und
der vorderen und hinteren Endwandung des Rotorelementes 15 erstrecken, wird
mit einer viskosen Flüssigkeit,
welche aus Siliconöl
besteht, gefüllt.
Hierbei sollte der Wärmeerzeugungsraum 7 nicht
ganz mit Siliconöl
gefüllt
werden, sondern mit einer Mischung von Siliconöl und Luft mit einer Volumenrate
von 80% Siliconöl
und 20% Luft, so dass selbst bei thermischer Ausdehnung des viskosen
Fluids eine Leckage oder ein Austreten des Siliconöls aus dem
Wärmeerzeugungsraum 7 verhindert
werden kann.
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Aus der vorstehenden Beschreibung
wird erkennbar, dass der Visco-Wärmeerzeuger
in der erfindungsgemäßen Ausführungsform
mit dem länglichen hohlen
Rotorelement ausgestattet ist, welches in der hohlen Gehäuseanordnung
aufgenommen ist und einen relativ kleinen Durchmesser, aber eine
notwendige axiale Länge
aufweist. Das längliche
Rotorelement weist demnach eine große zylinderförmige Außenoberfläche auf,
die als eine Fläche
zum Halten der viskosen Flüssigkeit
dient. Der erfindungsgemäße Wärmeerzeuger
kann also eine Wärmeerzeugungsfunktion
sicher erfüllen,
die vergleichbar ist mit der des konventionellen Visco-Wärmeerzeugers,
der ein scheibenartiges Rotorelement verwendet, und er kann als
ein sehr leichtgewichtiger Wärmeerzeuger ausgeführt sein.
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Ferner ist an der Antriebswelle 14 ein
Scheibenelement 18 angeordnet, welches mit dem äußersten
Ende der Antriebswelle 14 durch einen Schraubenbolzen 17 verbunden
ist. Das Scheibenelement 18 ist ferner am vordersten Ende
des vorderen Gehäuses 5 über Wälzlager 16 drehbar
gelagert, wie aus 1 deutlich
wird.
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Der oben beschriebene Visco-Wärmeerzeuger
ist an einem Fahrzeugmotor 19 angeordnet, und zwar so,
dass er in den vorhanden Einbauraum seitlich und benachbart zu einer
Kurbelwelle (in 2 nicht
eingezeichnet) des Motors 19 aufgenommen ist. Die Kurbelwelle
des Motors 19 weist eine an ihrem äußersten Ende befestigte Kurbelwellenscheibe 20 auf.
Die Kurbelwelle des Motors 19 treibt also das Scheibenelement 18 des
Visco-Wärmeerzeugers über die
Scheibe 20 und einen mit der Scheibe 20 in Eingriff
stehenden Riemen 25. Die Kurbelwelle des Motors 19 treibt
ferner eine Spannriemenscheibe 21, eine Generator-Scheibe 22,
eine Wasserpumpen-Scheibe 23 und eine Kraftlenkungs-Scheibe 24.
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Wenn die Antriebswelle 14 des
Visco-Wärmeerzeugers
durch den Motor 19 via Scheibenelement 18 zu einer
Drehbewegung angetrieben wird, rotiert das längliche Rotorelement 15 in
dem Wärmeerzeugungsraum 7.
Somit wird das in. den Zwischenräumen
zwischen dem Außenumfang
des länglichen
Rotorelementes 15 und den Innenwandungen des Wärmeerzeugungsraums 7 befindliche Siliconöl einer
Scherkraftwirkung infolge der Rotation des Rotorelementes 15 ausgesetzt
und erzeugt Wärme.
Die von dem Siliconöl
erzeugte Wärme
wird durch den Zylinderblock 2 auf die Wärmetauschflüssigkeit,
z. B. Wasser, in dem Wärmeaufnahmeraum WJ übertragen.
Hierbei fließt
die Wärmetauschflüssigkeit
von dem externen Heizkreis des Fahrzeugklimasystems via Einlassöffnung 8 in
den Wärmeaufnahmeraum WJ,
durchströmt
den spiralförmigen Strömungsweg
innerhalb desselben Raums WJ, wobei es Wärme aufnimmt,
und fließt
dann via Auslassöffnung 9 aus
dem Wärmeaufnahmeraum WJ nach dem
externen Heizkreis zum Aufwärmen
des Fahrzeugpassagierraums. Der spiralige Strömungsweg des Wärmeaufnahmeraums WJ ist
wirksam, um einen stabilen und glatten Fluss der Wärmetauschflüssigkeit
ohne Stagnation und Kurzschluss zu bilden, so dass eine wirksame
Wärmeaufnahme
durch die Wärmeübertragungsflüssigkeit
erzielt werden kann.
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Unter der Annahme, die Viskosität des in
den Wärmeerzeugungsraum
gefüllten
Siliconöls
sei μ, der
Radius des länglichen
Rotorelementes 15 sei R, die axiale Länge desselben Rotorelementes
sei L, der Raum zwischen den Innenwänden des Wärmeaufnahmeraums WJ und
dem Außenumfang
des Rotorelementes sei δ und
die Winkelgeschwindigkeit des rotierenden länglichen Rotorelementes sei ω, können eine
Wärmemenge
L1, welche am vorderen und hinteren Ende
des rotierenden länglichen
Rotorelementes 15 erzeugt wird, und eine Wärmemenge L2, welche am Außenumfang desselben Rotorelementes 15 erzeugt
wird, definiert werden durch die Gleichungen (1) und (2) wie im
Folgenden dargelegt. L1 = πμωR4/δ (1) L2 =
2πμωR3L/δ (2)
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Bei dem Visco-Wärmeerzeuger ist – weil der Radius
R des länglichen
Rotorelementes 15 kleiner ist als die axiale Länge L desselben
Rotorelementes 15 – L2 größer als
L1. Im Einzelnen erzeugt der Außenumfang
des länglichen
Rotorelementes 15 einen Hauptteil der Wärme, korrespondierend zu der
Wärmemenge
L2. Der Visco-Wärmeerzeuger gemäß der Ausführungsform
der Erfindung weist also einen kleineren Außendurchmesser, aber eine größere axiale Länge auf,
verglichen mit dem konventionellen Visco-Wärmeerzeuger wie in der US-PS
Nr. 4 993 377 offenbart. Die axiale Länge L des länglichen Rotorelementes 15 muss
jedoch unter Berücksichtigung
der Tatsache festgelegt werden, dass der Wärmeerzeuger in dem vorhandenen
Einbauraum in der Nähe des
Fahrzeugmotors eingebaut und aufgenommen werden muss. Es versteht
sich, dass bei der Konstruktion des erfindungsgemäßen Visco-Wärmeerzeugers
der Wärmeaufnahmeraum WJ nur
um den Außenumfang
des Rotorelementes 15 und nicht um beide Ende des Rotorelementes 15 gebildet
ist, um die axiale Länge
des Rotorelementes 15 nicht zu vergrößern. Der erfindungsgemäße Visco-Wärmeerzeuger
erzeugt also Wärme,
deren Menge L1 + L2,
definiert nach den obenstehenden Gleichungen (1) und (2), entspricht
und vergleichbar ist mit dem herkömmlichen Wärmeerzeuger mit einem scheiben artigen Rotorelement.
Ferner kann der erfindungsgemäße Visco-Wärmeerzeuger
in dem vorhandenen Einbauraum, der sich seitlich und benachbart
zu der Kurbelwelle des Fahrzeugmotors erstreckt, montiert und angeordnet
werden.
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Ferner, wie bereits beschrieben,
trägt die
Anordnung der Einlass- und Auslassöffnungen 8 und 9 in
einer gemeinsamen Ebene, welche den Außenumfang der Gehäuseanordnung
schneidet, zu einer leichten Fertigung des Wärmeerzeugers und einer günstigen
Leitungsführung
für die
Wärmetauschflüssigkeit
innerhalb eines kleinen Fahrzeugmotorraums bei. Ferner kann aufgrund
der im Wesentlichen hohlen Konstruktion des Wärmeerzeugers das Gewicht des
gesamten Wärmeerzeugers
klein sein.
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Aus dem im Vorstehenden Gesagten
ergibt sich, dass der Visco-Wärmeerzeuger
in Einklang mit der vorliegenden Erfindung ein geringes Gewicht
aufweisen kann und dass ein kostengünstiger Wärmeerzeuger mit einer Wärmeerzeugungsfunktion,
die ausreichend vergleichbar ist mit dem konventionellen Visco-Wärmeerzeuger
bereitgestellt werden kann. Für
den Fachmann wird erkennbar sein, dass zahlreiche Variationen und
Modifikationen möglich
sind, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung, wie er in den
beigefügten
Ansprüchen
dargelegt ist, zu verlassen.