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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) der Art, die eine Gehäuseanordnung
aufweist, die in sich einen Wärmeerzeugungsraum
definiert, worin ein viskoses Fluid der Einwirkung von Scherkräften durch
ein innerhalb des Wärmeerzeugungsraums
rotierendes Rotorelement ausgesetzt wird, um Wärme zu erzeugen. Die von dem
viskosen Fluid erzeugte Wärme
wird auf eine Wärmeaustauschflüssigkeit,
typisch Wasser, übertragen,
welche einen in der Gehäuseanordnung definierten
Wärmeaufnahmeraum
durchströmt,
und die von der Wärmeaustauschflüssigkeit
aufgenommene Wärme
wird als eine Wärmeerzeugungsquelle verwendet,
die z. B. in ein Heizsystem oder Klimatisierungssystems eines Automobils
oder eines anderen Fahrzeugs eingebunden ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Die US-PS Nr. 4 993 377 offenbart
ein Beispiel für
ein Fahrzeugheizungssystem, mit einem als Zusatzheizquelle eingebundenen
Visco-Wärmeerzeuger,
der, angetrieben von einem Fahrzeugmotor, unter Verwendung eines
unter der Einwirkung von Scherkräften
Wärme erzeugenden
viskosen Fluids Wärme
erzeugt. Der Visco-Wärmeerzeuger
des Fahrzeugbeheizungssystems nach US-PS Nr. 4 993 377 ist in einem
Sekundärwasserumlaufsystem
angeordnet, welches von einem Primärwasserumlaufsystem, das Motorkühlwasser
durch einen Motorkühler
zirkulieren lässt,
getrennt ist. Das Primärwasserumlaufsystem
einschließlich
des Motorkühlers
fungiert als Primärwärmequelle
für das
Fahrzeugbeheizungssystem.
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Das Motorkühlwasser des Sekundärwasserumlaufsystems
trägt von
dem Visco-Wärmeerzeuger
erzeugte Wärme
zu einer wärmeleitenden
Einrichtung, durch die die Wärme
in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs geleitet wird. Der Visco-Wärmeerzeuger
fungiert also als zusätzliche
Wärmequelle
für das
Fahrzeugbeheizungssystem und umfasst ein von einem vorderen und
einem hinteren Gehäuse
gebildetes Paar von Gehäusen,
die einander gegenüberliegen
und mit Hilfe geeigneter Befestigungselemente, beispielsweise Schraubenbolzen,
fest miteinander verbunden sind, um einen inneren Wärmeerzeugungsraum
und einen Wärmeaufnahmeraum
zu bilden, der so angeordnet ist, dass er den Wärmeerzeugungsraum umschließt. Der
Wärmeerzeugungsraum
ist als fluiddichter Raum ausgebildet und ist von dem Wärmeaufnahmeraum
durch integral mit dem vorderen und hinteren Gehäuse geformte Trennwände getrennt,
und der Wärmeaustausch
zwischen dem viskosen Fluid in dem fluiddichten Wärmeerzeugungsraum
und dem Motorkühlwasser
in dem Wärmeaufnahmeraum
geschieht durch die Trennwände der
Gehäuse.
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In dem vorderen und hinteren Gehäuse, welche
fest miteinander verbunden sind, ist eine Antriebswelle über Lagermittel
drehbar gelagert, und an einem Ende der Antriebswelle ist ein Rotorelement so
angeordnet, dass sich das Rotorelement mit der Antriebswelle innerhalb
des fluiddichten Wärmeerzeugungsraums
dreht. Der fluiddichte Wärmeerzeugungsraum
wird mit einer geeigneten Menge eines viskosen Fluids, z. B. Siliconöl, versorgt,
so dass das viskose Fluid Spalte zwischen äußeren Oberflächen des
Rotorelementes und Trennwandoberflächen des Wärmeerzeugungsraums füllt.
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Das vordere Gehäuse ist mit einem darin gebildeten
Wassereinlass und Wasserauslass versehen, und der obengenannte Wärmeaufnahmeraum ist
mit dem Wassereinlass fluidisch verbunden, um hierüber das
Motorkühlwasser
einzuführen,
und ist ferner mit dem Wasserauslass fluidisch verbunden, um hierüber das
Motorkühlwasser
abzuführen.
Namentlich bildet der Wärmeaufnah meraum
einen Teil des im Vorstehenden erwähnten Sekundärwasserumlaufsystems,
worin eine vom Fahrzeugmotor angetriebene Wasserpumpe angeordnet
ist, um das Motorkühlwasser
laufend durch das Sekundärwasserumlaufsystem
zirkulieren zu lassen.
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Wenn die Drehantriebsquelle des Fahrzeugmotors
mit der Antriebswelle des Visco-Wärmeerzeugers über eine
Magnetkupplung verbunden ist, dreht sich das mit der Antriebswelle
fest verbundene Rotorelement mit derselben im Inneren des Wärmeerzeugungsraums,
um auf das zwischen den äußeren Oberflächen des
Rotorelementes und den Trennwandoberflächen des Wärmeerzeugungsraums befindliche
viskose Fluid (das Siliconöl)
eine scherende Wirkung auszuüben;
dementsprechend erzeugt das viskose Fluid durch Reibung Wärme, und
die Wärme wird über die
Trennwände
des Wärmeerzeugungsraums
auf das durch den Wärmeaufnahmeraum
zirkulierende Motorkühlwasser übertragen.
Das Motorkühlwasser
trägt die
Wärme zu
der wärmeleitenden Einrichtung
für den
Visco-Wärmeerzeuger,
so dass die wärmeleitende
Einrichtung die Wärme
in einen Fahrgastraum des Fahrzeugs leiten kann.
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Bei dem beschriebenen konventionellen
Visco-Wärmeerzeuger
weist das mit der Antriebswelle rotierende Rotorelement einen radial
außenliegenden
Bereich auf, dessen Umfangsgeschwindigkeit größer ist als die eines radial
innenliegenden Bereichs des Rotorelementes, welcher sich um die
Rotationsachse des Rotorelementes erstreckt. Demnach kann der radial
außenliegende
Bereich des Rotorelementes im Vergleich zu dem radial innenliegenden
Bereich des Rotorelementes eine große Schergeschwindigkeit auf
das viskose Fluid anwenden. Aus diesem Grund hat das viskose Fluid,
welches sich in einem Bereich befindet, der den radial außenliegenden
Bereich des Rotorelementes umgibt, eine höhere Temperatur als das viskose
Fluid, welches sich in einem Bereich befindet, der dem radial innenliegenden
Bereich des Rotorelementes benachbart ist. Es ist daher leicht einzusehen,
dass effektiv eine Wärmeübertragung
von dem den radial außenliegenden
Bereich des Rotorelements umge benden viskosen Fluid auf das Motorkühlwasser
im Wärmeaufnahmeraum
erzielt werden sollte, um von dem viskosen Fluid Wärme in einer
Menge aufzunehmen, welche ausreicht, um das zu beheizende Objekt,
nämlich den
Fahrgastraum des Fahrzeugs, zu erwärmen.
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Nun ist aber bei dem konventionellen
Visco-Wärmeerzeuger
der Wärmeaufnahmeraum
so gestaltet, dass das Motorkühlwasser
vom Wassereinlass zum Wasserauslass fließen kann, ohne effektiv eine
große
Wärmemenge
von dem viskosen Fluid in dem Wärmeerzeugungsraum
aufzunehmen. Im Einzelnen sind die Trennwände, welche den Wärmeerzeugungsraum
umgeben und für
fluiddichte Trennung zwischen dem Wärmeerzeugungsraum und dem Wärmeaufnahmeraum
sorgen, nicht so ausgebildet, dass sie eine effektive Wärmeübertragung
von dem viskosen Fluid in dem Wärmeerzeugungsraum
auf das durch den Wärmeaufnahmeraum zirkulierende
Motorkühlwasser
erlauben. So kann der Motorkühlwasserstrom
in dem Wärmeaufnahmeraum
nicht durch einen einen äußeren Kanal
bildenden Bereich des Wärmeaufnahmeraums
fließen,
wo das Motorkühlwasser
eine große
Wärmemenge
aufnehmen kann, übertragen
von dem viskosen Fluid, welches den durch den radial außenliegenden
Bereich des Rotorelementes eingebrachten Hochgeschwindigkeitsscherkräften ausgesetzt
ist. Im Einzelnen ist der einen äußeren Kanal
bildende Bereich des Wärmeaufnahmeraums
mit Luft belegt, wodurch das Motorkühlwasser daran gehindert wird,
diesen Bereich zu erreichen; aus diesem Grund ist der einen äußeren Kanal
bildende Bereich des Wärmeaufnahmeraums
aus der Sicht der Wärmeübertragung
ziemlich nutzlos.
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Visco-Wärmeerzeuger gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 sind aus U5-A-5 573 184 und US-A-4 993 377 bekannt
geworden. Es wurde gefunden, dass die Effizienz, mit der Wärme aufgenommen
wird, welche von dem viskosen Fluid im Wärmeerzeugungsraum auf das Wärmeaustauschfluid im
Wärmeaufnahmeraum übertragen
wird, eher begrenzt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Daher liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
in der Bereitstellung eines Visco-Wärmeerzeugers mit einem Wärmeaufnahmeraum,
welcher mit einem Wasserverteilungsmittel ausgestattet ist, mit
dessen Hilfe Motorkühlwasser
den Wärmeaufnahmeraum
so durchströmen
gelassen wird, dass eine effektive Aufnahme von Wärme, übertragen
von einem viskosen Fluid im Wärmeerzeugungsraum, möglich ist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Visco-Wärmeerzeugers
mit einem Wärmeerzeugungsraum,
welcher ein viskoses Fluid zum Erzeugen von Wärme enthält, und einem Wärmeaufnahmeraum,
welcher von einem Motorkühlwasserstrom
durchströmt
werden kann, so dass eine effektive Aufnahme von Wärme von
dem viskosen Fluid erzielt wird, ohne den Strömungswiderstand des Motorkühlwassers
zu erhöhen.
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In Einklang mit der vorliegenden
Erfindung wird ein Visco-Wärmeerzeuger
bereitgestellt, welcher umfasst:
eine Gehäuseanordnung mit einem darin
definierten fluiddichten Wärmeerzeugungsraum,
welcher ein viskoses Fluid zum Erzeugen von Wärme infolge Reibung durch Anwenden
einer scherenden Kraft hierauf enthält, und einem Wärmeaufnahmeraum
mit einem darin gebildeten umschlossenen Flüssigkeitskanal, wobei der Wärmeaufnahmeraum
benachbart zu dem fluiddichten Wärmeerzeugungsraum
angeordnet ist, um ein Wärmeaustauschfluid
durch ihn hindurchfließen
zu lassen und dadurch Wärme
von dem viskosen Fluid in dem fluiddichten Wärmeerzeugungsraum aufzunehmen,
wobei die Gehäuseanordnung
einen Flüssigkeitseinlass,
durch den die Wärmeaustauschflüssigkeit
in den Wärmeaufnahmeraum
eingeführt
wird, und einen Flüssigkeitsauslass, durch
den die Wärmetauschflüssigkeit
aus dem Wärmeaufnahmeraum
abgeführt
wird, aufweist;
eine Antriebswelle, welche von der Gehäuseanordnung
so gehalten ist, dass sie bei Antrieb durch eine externe Drehantriebsquelle
um ihre Rotationsachse drehbar ist;
ein von der Antriebswelle
in einem Drehsinn zum gemeinsamen Rotieren mit der Welle in dem
fluiddichten Wärmeerzeugungsraum
antreibbares Rotorelement, wobei das Rotorelement Primäraußenflächen aufweist,
welche sich kreisförmig
um seine Rotationsachse erstrecken und als Scherkraftaufbringungsflächen zum
Aufbringen der Scherkraftwirkung auf das viskose Fluid während seiner
Rotation wirken; und
ein benachbart zu dem Flüssigkeitseinlass
angeordnetes Flüssigkeitsführungsmittel
zum Forcieren, dass ein Strom der Wärmeaustauschflüssigkeit
an dem Flüssigkeitseinlass
auf die Gesamtheit des umschlossenen Flüssigkeitskanals hin gerichtet
wird, wenn die Wärmeaustauschflüssigkeit über den
Flüssigkeitseinlass
der Gehäuseanordnung
in den Wärmeaufnahmeraum
eintritt.
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Bevorzugt ist der umschlossene Flüssigkeitskanal
durch eine in dem Wärmeaufnahmeraum angeordnete
Trennwandanordnung definiert, wobei die Trennwandanordnung eine
bestimmte Wegstrecke aufweist, welche sich zwischen einander gegenüberliegenden
Enden des umschlossenen Flüssigkeitskanals
erstreckt, wobei ein Ende des umschlossenen Flüssigkeitskanals mit dem Flüssigkeitseinlass
der Gehäuseanordnung
fluidisch verbunden ist und das andere Ende mit dem Flüssigkeitsauslass der
Gehäuseanordnung
fluidisch verbunden ist. Ferner ist die bestimmte Wegstrecke des
umschlossenen Flüssigkeitskanals,
durch den die Wärmeaustauschflüssigkeit
in dem Wärmeaufnahmeraum fließt, als
ein im Wesentlichen kreisförmiger
Weg ausgeführt,
entlang dem die Wärmeaustauschflüssigkeit
von dem Flüssigkeitseinlass
zu dem Flüssigkeitsauslass
fließt.
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Weiter bevorzugt ist der kreisförmige Weg des
umschlossenen Flüssigkeitskanals
in dem Wärmeaufnahmeraum
so angeordnet, dass er sich um eine Achse erstreckt, die mit der
Rotationsachse des Rotorelementes zusammenfällt.
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Bevorzugt ist das Flüssigkeitsführungsmittel in
einer bestimmten Position angeordnet, wo ein Teil der Wärmeaustauschflüssigkeit
auf einen radial außenliegenden
Bereich des umschlossenen Flüssigkeitskanals,
welcher den kreisförmigen
Weg aufweist, gelenkt wird, sobald die Wärmeaustauschflüssigkeit
in den Wärmeaufnahmeraum
eintritt.
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Weiter: wenn der Flüssigkeitseinlass
der Gehäuseanordnung
so ausgebildet ist, dass er eine offene Mündung mit einem radial innenliegenden
und außenliegenden
Ende bezogen auf die Achse, um die sich der umschlossene Flüssigkeitskanal
in dem Wärmeaufnahmeraum
erstreckt, aufweist, kann die bestimmte Position des Flüssigkeitsführungsmittels auf
eine Zwischenposition zwischen dem radial innenliegenden und außenliegenden
Ende der offenen Mündung
des Flüssigkeitseinlasses
gesetzt sein.
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Wenn sich der kreisförmige Weg
des umschlossenen Flüssigkeitskanal
in dem Wärmeaufnahmeraum
um die Achse erstreckt, die mit der Rotationsachse des Rotorelementes
zusammenfällt, kann
das Flüssigkeitsführungsmittel
einen Führungsoberflächenbereich
aufweisen zum Leiten eines Stroms der Wärmeaustauschflüssigkeit
nach einem radial außenliegenden
Bereich des umschlossenen Flüssigkeitskanals
hin bei Eintritt der Wärmeaustauschflüssigkeit
in den Wärmeaufnahmeraum.
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Bevorzugt umfasst die Trennwandanordnung
zum Definieren des umschlossenen Flüssigkeitskanals in dem Wärmeaufnahmeraum
eine Mehrzahl von sich ringförmig
erstreckenden konzentrischen Wandungen, wodurch eine Mehrzahl von
konzentrischen ringförmigen
Flüssigkeitskanälen zwischen
dem Flüssigkeitseinlass
und dem Flüssigkeitsauslass
gebildet werden.
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Die Mehrzahl von konzentrischen ringförmigen Flüssigkeitskanälen sind
mit unterschiedlichen radialen Breiten ausgeführt, so dass der Bedingung genügt wird,
dass die radialen Breiten der Mehrzahl von konzentrischen ringförmigen Flüssigkeitskanälen entsprechend
der Veränderung
der Anordnung der entsprechenden ringförmigen Flüssigkeitskanäle von dem
radial ganz innen liegenden ringförmigen Flüssigkeitskanal zu dem radial
ganz außen
liegenden ringförmigen
Flüssigkeitskanal
allmählich
größer werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung;
in der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
eines Visco-Wärmeerzeugers
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung entlang der Linie I–I von 2;
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2 eine
querschnittliche Darstellung entlang der Linie II–II von 1;
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3 eine
Teilansicht von vorne eines Endes der Gehäuseanordnung des Visco-Wärmeerzeugers
mit am Ende der Gehäuseanordnung
befestigen Rohrverbindungen;
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4 eine
Teilansicht der Gehäuseanordnung,
teilweise als Querschnitt entlang der Linie VI–VI von 2, welche die Ausführung der offenen Mündung des
Wassereinlasses und Wasserauslasses für den Wärmeerzeugungsraum des Wärmeerzeugers
zeigt;
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5 eine
querschnittliche Teilansicht des Visco-Wärmeerzeugers, welche die Ausführung des Wärmeaufnahmeraums
und der offenen Mündung des
Wassereinlasses und Wasserauslasses gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
eine querschnittliche Teilansicht ähnlich 5, welche die Ausführung des Wärmeaufnahmeraums und der offenen
Mündung
des Wassereinlasses und Wasserauslasses gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 ist
eine querschnittliche Teilansicht ähnlich 5, welche die Ausführung des Wärmeaufnahmeraums und der offenen
Mündung
des Wassereinlasses und Wasserauslasses gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 bis 4 zeigen einen Visco-Wärmeerzeuger
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, geeignet zur Verwendung als Zusatzheizquelle
für ein
Fahrzeugheizungssystem, insbesondere ein Heizungssystem für ein Automobil.
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Es wird nun zunächst auf 1 Bezug genommen, gemäß welcher ein Visco-Wärmeerzeuger eine Gehäuseanordnung
umfasst, welche als äußerer Rahmen
des Wärmeerzeugers
ausgebildet ist und ein vorderes Gehäuse 1 und ein hinteres
Gehäuse 2 umfasst.
Das vordere Gehäuse 1 weist
einen zylinderförmigen
hohlen vorspringenden Bereich 1a, der nach vorne vorspringt
(nach links in 1), und einen
hohlen zylinderförmigen
Rahmenbereich 1b, der einen großen Durchmesser aufweist und
mit einem Basisbereich des hohlen zylinderförmigen vorspringenden Bereich 1a einstückig verbunden
ist, auf. Das hintere Gehäuse 2 ist
als deckelartiges Element ausgebildet, welches ein hinteres offe nes
Ende des hohlen zylinderförmigen
Rahmenbereichs 1b schließt. Das vordere Gehäuse 1 und
das hintere Gehäuse 2 sind
mit Hilfe von mehreren Verbindungsschraubenbolzen 3 dicht
miteinander verbunden und definieren in sich einen großen Raum
zum Aufnehmen eines Paares von Trennplattenelementen, d. h. eines
kreisförmigen
vorderen Trennplattenelementes 5 und eines kreisförmigen hinteren
Trennplattenelementes 6. Das vordere Trennplattenelement 5 weist einen äußeren kreisförmigen Randbereich 5a und rippenartige
zylinderförmige
Trennwandungen 5c, 5d und 5e an seiner
Vorderseite auf, auf die später
noch näher
eingegangen wird. Ähnlich
weist das hintere Trennplattenelement 6 einen äußeren kreisförmigen Randbereich 6a und
rippenartige zylinderförmige
Bereiche 6b, 6c und 6d auf, welche an
einer rückwärtigen Endfläche des
hinteren Trennplattenelementes 6 ausgebildet sind, auf
die später
noch näher
eingegangen wird. Das vordere und hintere Trennplattenelement 5 und 6 sind
in dem obengenannten, durch das vordere und hintere Gehäuse 1 und 2 definierten großen Raum
fest angeordnet, so dass die äußeren kreisförmigen Randbereiche 5a und 6a in
dichten Kontakt miteinander kommen und zwischen einander gegenüberliegenden
Innenflächen
des vorderen und hinteren Gehäuses 5 und 6 angeordnet
sind. Der Kontaktbereich des äußeren kreisförmigen Randbereichs 5a und 6a des
vorderen und hinteren Trennplattenelementes 5 und 6 ist
durch ein geeignetes Dichtelement abgedichtet.
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Das vordere Trennplattenelement 5 weist
einen im Wesentlichen zylinderförmigen
rückspringenden
Bereich in seiner rückwärtigen Endfläche auf,
um einen Wärmeerzeugungsraum 7 zwischen
der hinteren Endfläche
des vorderen Trennplattenelementes 5 und einer vorderen
Endfläche
des hinteren Trennplattenelementes 6 zu definieren. Das
vordere Trennplattenelement 5 hat in der Mitte einen zylinderförmigen Stützbereich 5b,
um den herum die obenerwähnten
rippenartigen Trennwandungen 5c bis 5e konzentrisch
angeordnet sind. Der zylinderförmige
Stützbereich 5b des
vorderen Trennplattenelementes 5 ist fluiddicht in einer
zentralen Bohrung des vorderen Gehäuses 1 gefügt und mittels
eines geeigneten Dichtelementes abgedichtet. Die Enden der rip penartigen
Trennwandungen 5c bis 5e des vorderen Trennplattenelementes 5 sind
benachbart zu der inneren Endfläche
des vorderen Gehäuses 1 angeordnet.
So wird ein vorderer Wärmeaufnahmeraum 8 zwischen
der Innenwand des vorderen Gehäuses 1 und
dem äußeren kreisförmigen Randbereich 5a sowie
den rippenartigen Trennwandungen 5c bis 5e des
vorderen Trennplattenelementes 5 definiert. Namentlich
ist der Wärmeaufnahmeraum 8 von
einer Mehrzahl von konzentrischen ringförmigen Kanälen gebildet, welche fluidisch
miteinander verbunden sind, und ist benachbart zu einem vorderen
Bereich des Wärmeerzeugungsraums 7 angeordnet.
Wie in 2 gezeigt, ist
bei der Mehrzahl von konzentrischen ringförmigen Kanälen (d. h. bezogen auf die vorliegende
Ausführungsform
bei den drei ringförmigen
Kanälen P1, P2 und P3)
des vorderen Wärmeaufnahmeraums 8 der
ganz innen liegende Kanal P1 zwischen den rippenartigen
Trennwandungen 5c und 5d definiert, der dazwischenliegende
Kanal P2 ist zwischen den rippenartigen Trennwandungen 5d und 5e definiert,
und der ganz außen
liegende Kanal P3 ist zwischen der rippenartigen Trennwandung 5e und dem äußeren zylinderförmigen Randbereich 5a definiert.
Daher können
der äußere zylinderförmige Randbereich 5a und
die konzentrischen rippenartigen Trennwandungen 5c bis 5e als
Führungswände für eine Wärmeaustauschflüssigkeit
(das Motorkühlwasser),
welches durch die Kanäle P1 bis P3 fließt, dienen.
Es möge
beachtet werden, dass die ringförmigen
Kanäle P1, P2 und P3 des
vorderen Wärmeaufnahmeraums 8 unterschiedliche
Breiten W1, W2 bzw. W3 haben, die so
ausgeführt
sind, dass sie allmählich,
von der radial inneren Seite zur radial äußeren Seite des vorderen Wärmeaufnahmeraums 8 hin, größer werden
(W1 < W2 < W3).
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Es wird nun erneut auf 1 Bezug genommen, gemäß welcher
das hintere Trennplattenelement 6 in der Mitte den obengenannten
zylinderförmigen
Bereich 6b in seiner hinteren Endfläche aufweist, der in derselben
einen mittigen rückspringenden
Bereich definiert. Das hintere Trennplattenelement 6 weist
ferner mehrere (in der vorliegenden Ausführungsform zwei Stück) rippenartige
zylinderförmige Bereiche 6c und 6d auf,
die sich in Umfangsrichtung um den zylinderförmigen Bereich 6b erstrecken.
Namentlich bilden die zylinderförmigen
Bereiche 6b, 6c und 6d eine Mehrzahl
von rippenartigen kreisförmigen
Trennwandungen. Die innere Wandung des zylinderförmigen Bereichs 6b steht
in dichtem Kontakt mit einem Außenumfang
einer mittigen ringförmigen Wandung 2a des
hinteren Gehäuses 2.
Ein geeignetes Dichtelement ist in dem Kontaktbereich des zylinderförmigen Bereichs 6b und
der mittigen ringförmigen
Wandung 2a des hinteren Gehäuses 2 angeordnet.
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Ein hinterer Wärmeaufnahmeraum 9 ist durch
den äußeren kreisförmigen Randbereich 6a und
den mittigen zylinderförmigen
Bereich 6b des hinteren Trennplattenelementes 6 und
einen radial außenliegenden
Bereich des hinteren Gehäuses 2 definiert,
so dass der hintere Wärmeaufnahmeraum 9 benachbart
zu einem hinteren Bereich des Wärmeerzeugungsraums 7 angeordnet
ist.
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Der mittige rückspringende Bereich des hinteren
Trennplattenelementes 6, der von dem obenerwähnten zylinderförmigen Bereich 6b umschlossen ist,
ist durch den mittigen Bereich des hinteren Gehäuses 2 geschlossen
und ist als Zusatzölkammer 16 ausgebildet,
in der ein viskoses Fluid, z. B. Siliconöl, gespeichert wird, worauf
später
noch eingegangen wird.
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Der hintere Wärmeaufnahmeraum 9 ist
von mehreren (in der vorliegenden Ausführungsform drei Stück) ringförmigen Kanälen gebildet, ähnlich den ringförmigen Kanälen P1, P2 und P3 des
vorderen Wärmeaufnahmeraums 8 und
durch den äußeren kreisförmigen Randbereich 6a und
die rippenartigen kreisförmigen
Trennwandungen 6b, 6c und 6d voneinander
getrennt. Der äußere kreisförmige Randbereich 6a und
die rippenartigen kreisförmigen
Wandungen 6b, 6c und 6d fungieren als
konzentrische Führungswände für den Fluss
der den hinteren Wärmeaufnahmeraum 9 durchströmenden Wärmeaustauschflüssigkeit.
Die radialen Breiten der jeweiligen ringförmigen Kanäle des hinteren Wärmeaufnahmeraums 9 sind
so gestaltet, dass sie von der radial inneren Seite zur radial äußeren Seite
des Wärmeaufnahmeraums 9 allmählich größer werden,
wie dies auch bei den ringförmigen
Kanälen P1 bis P3 des vorderen
Wärmeaufnahmeraums 8 der
Fall ist.
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Es sei angemerkt, dass die dazwischenliegenden
rippenartigen ringförmigen
Trennwandungen 5d, 5e, 6c und 6d so
ausgebildet sind, dass absichtlich ein kleiner Spalt zwischen ihren
jeweiligen Enden und den Innenwänden
des vorderen und hinteren Gehäuses 1 und 2 verbleibt.
Im Einzelnen wird verhindert, dass die Enden der rippenartigen ringförmigen Trennwandungen 5d, 5e, 6c und 6d mit
den Innenwandungen des vorderen und hinteren Gehäuses 1 und 2 in
Kontakt kommen, so dass selbst bei ungenauer Fertigung der rippenartigen
ringförmigen Wandungen 5d, 5e, 6c und 6d verhindert
werden kann, dass die Enden dieser rippenartigen Trennwandungen 5d, 5e, 6c und 6d in
starken Kontakt mit den Innenwandungen des vorderen und hinteren
Gehäuses 1 und 2 kommen.
Somit kann eine Verformung des Wärmeerzeugungsraums 7 infolge
einer durch starken Kontakt zwischen den rippenartigen ringförmigen Trennwandungen 5d, 5e, 6c und 6d und den
Innenwänden
des vorderen und hinteren Gehäuses 1 und 2 erzeugten
Reaktionskraft verhindert werden. Weiter: bei körperlichem Kontakt zwischen
den Enden der rippenartigen ringförmigen Wandungen 5d, 5e, 6c und 6d und
den Innenwandungen des vorderen und hinteren Gehäuses 1 und 2 wird
ein Teil der durch das viskose Fluid in dem Wärmeerzeugungsraum 7 erzeugten
Wärme direkt
und unerwünschterweise über die
rippenartigen ringförmigen Wandungen 5d, 5e, 6c und 6d von
dem viskosen Fluid auf das vordere und hintere Gehäuse 1 und 2 übertragen,
noch bevor die Wärme
auf die durch den vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraum 8 und 9 fließende Wärmeaustauschflüssigkeit übertragen werden
kann, wodurch ein Wärmeverlust
entsteht. Aus diesem Grund wird eine Maßnahme ergriffen, um den körperlichen
Kontakt zwischen den Enden der rippenartigen ringförmigen Trennwandungen 5d, 5e, 6c und 6d und
den Innenwandungen des vorderen und hinteren Gehäuses 1 und 2 zu
vermeiden, um so eine direkte Wärmeübertragung
von dem viskosen Fluid in dem Wärmeerzeugungsraum 7 auf das
vordere und hintere Gehäuse 1 und 2 zu
vermindern.
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Wie in 2 gezeigt,
ist das vordere Gehäuse 1 mit
einer Wassereinlassöffnung 10 und
einer Wasserauslassöffnung 11 versehen,
welche in einem Teil der Seite des Gehäuses 1 so ausgebildet
sind, dass sie vertikal benachbart zueinander angeordnet sind. Im
Einzelnen sind die Wassereinlassöffnung und
die Wasserauslassöffnung
so angeordnet, dass sie von dem Teil der Seite des Gehäuses 1 seitlich nach
außen
münden,
wenn der Visco-Wärmeerzeuger
in einem Fahrzeug installiert ist. Das vordere und hintere Trennplattenelement 5 und 6 sind
jeweils mit einer linearen Wandung 4 versehen (nur die
Wandung 4 des vorderen Trennplattenelementes 5 ist
in 2 gezeigt), die sich
horizontal und radial erstreckt. Die linearen Wandungen 4 sind
so angeordnet, dass sie sich über
die ringförmigen
Kanäle P1, P2 und P3 des
vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraums 8 und 9 erstrecken,
und befinden sich in einer vertikalen Zwischenposition zwischen
den jeweiligen Eintritts- und Austrittsenden der ringförmigen Kanäle P1, P2 und P3.
Es ist also ein großer
Raum zwischen dem jeweiligen Eintrittsende der ringförmigen Kanäle P1 bis P3 und
den unteren Innenwandoberflächen
der linearen Wandungen 4 vorhanden. Der obengenannte große Raum
und die Wassereinlassöffnung 10 definieren
einen Wassereinlassbereich A1 des vorderen und hinteren
Wärmeaufnahmeraums 8 und 9.
Ferner ist ein ähnlicher
großer Raum
zwischen dem jeweiligen Austrittsende der ringförmigen Kanäle P1 bis P3 und
den oberen Innenwandoberflächen
der linearen Wandungen 4 vorhanden. Dieser große Raum
und die Wasserauslassöffnung 11 definieren
einen Wasserauslassbereich A2 des vorderen und hinteren
Wärmeaufnahmeraums 8 und 9.
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Die Wassereinlass- und Wasserauslassöffnung 10 und 11 stehen
mit einem externen Wärmeaustauschflüssigkeits-Zirkulationskreis
eines Fahrzeugheizungssystems über
Rohrverbindungen 30A und 30B in Verbindung, welche
fluiddicht mit den Enden der Wassereinlass- und Wasserauslassöffnung 10 und 11 verbunden
sind. Im Einzelnen sind die Rohrverbindungen 30A und 30B jeweils
mit Innenverbindungsenden 30a und Auflageflanschen 30b und
Außenanschlußenden 30c versehen.
Die Rohrverbindungen 30A und 30B sind an der Sei tenwand des
vorderen Gehäuses 1 über eine
Druckplatte 31, die mit den Auflageflanschen 30b in
Anlage ist, und Schraubenbolzen 32, welche die Druckplatte 31 mit der
Seite des vorderen Gehäuses 1 verschrauben, wie
am besten aus 3 ersichtlich,
befestigt. Zwischen den Enden der Wassereinlass- und Wasserauslassöffnung 10 und 11 und
den Verbindungsenden 30a der Rohrverbindungen 30A und 30B sind O-Ringe 33 angeordnet.
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Wie in den 2 und 4 gezeigt,
sind das vordere und hintere Trennplattenelement 5 und 6 ferner mit
Flüssigkeitsführungen 41 und 42 in
Gestalt von sich von dem Plattenelement 5 und 6 erstreckenden Vorsprüngen versehen,
welche in dem Wassereinlassbereich A1 bzw. Wasserauslassbereich A2 des vorderen
und hinteren Wärmeaufnahmeraums 8 und 9 angeordnet
sind.
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Im Folgenden werden die Flüssigkeitsführungen 41 und 42 bezogen
auf die von dem vorderen Trennplattenelement 5 bereitgestellten
Flüssigkeitsführungen
unter Bezugnahme auf die 2 und 4 beschrieben.
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Die in dem Wasserauslassbereich A2
angeordnete Flüssigkeitsführung 42 ist
so vorgesehen, dass sie von einer flachen Innenfläche 5g richtungsgleich
mit dem äußeren zylinderförmigen Randbereich 5a vorsteht
und im Wesentlichen die gleiche Länge aufweist wie der Randbereich 5a.
Das Ende des äußeren zylinderförmigen Randbereichs 5a in dem
Wasserauslassbereich A2 und die obere Oberfläche der
linearen Wandung 4 definieren zwischen sich eine Abgabeöffnung 44 in
Gestalt einer offenen Mündung,
welche mit der Wasserauslassöffnung 11 fluidisch
verbunden ist. Die Flüssigkeitsführung 42 ist im
Wesentlichen in einer Zwischenposition zwischen dem Ende des zylinderförmigen Randbereichs 5a und
der oberen Oberfläche
der linearen Wandung 4 angeordnet. Das heißt, die
Flüssigkeitsführung 42 ist in
einer zentralen Position bezogen auf die Abgabeöffnung 44 angeordnet,
so dass sie als Rippenelement fungieren kann, welches die Wände des
Wasserauslassbereichs A2 körperlich verstärkt.
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Die in dem Wassereinlassbereich A1 angeordnete
Flüssigkeitsführung 41 ist
so vorgesehen, dass sie von einer flachen Innenfläche 5g des
vorderen Trennplattenelementes 5 richtungsgleich mit dem äußeren zylinderförmigen Randbereich 5a vorsteht und
im Wesentlichen die gleiche Länge
aufweist wie der Randbereich 5a. Das Ende des äußeren zylinderförmigen Randbereichs 5a in
dem Wassereinlassbereich A1 und die untere Oberfläche der
linearen Wandung 4 definieren zwischen sich eine Eintrittsöffnung 43 in
Gestalt einer offenen Mündung.
Die Flüssigkeitsführung 41 ist
im Wesentlichen in einer Zwischenposition zwischen dem Ende des
zylinderförmigen
Randbereichs 5a und der unteren Oberfläche der linearen Wandung 4 angeordnet.
Das heißt,
die Flüssigkeitsführung 41 ist
in einer im Wesentlichen zentralen Position bezogen auf die Eintrittsöffnung 43 angeordnet,
so dass sie als Rippenelement fungieren kann, welches die Wände des
Wassereinlassbereichs A1 körperlich verstärkt. Die
Flüssigkeitsführung 41 in
dem Wassereinlassbereich A1 ist ferner in der Lage, als
Flüssigkeitsverteilungsführung zum Forcieren,
dass der Strom der in den Wassereinlassbereich A1 über die
Wassereinlassöffnung 10 eintretende
Wärmeaustauschflüssigkeit
(das Motorkühlwasser)
auf alle ringförmigen
Kanäle P1 bis P3 des vorderen
Wärmeaufnahmeraums 8 hin
verteilt wird, zu fungieren. Im Besonderen wird durch die Flüssigkeitsführung 41 absichtlich
ein bestimmter Teil des Flusses der Wärmeaustauschflüssigkeit
auf den radial ganz außen
liegenden ringförmigen
Kanal P3 hin gelenkt. Zu diesem Zweck ist die Flüssigkeitsführung 41 so
ausgebildet, dass sie spezifisch gerundete Kanten aufweist, welche
der Eintrittsöffnung 43 und der
Wassereinlassöffnung 10 zugekehrt
sind. Im Einzelnen wird durch die runde Kante der Flüssigkeitsführung 41 der
Fluss der Wärmeaustauschflüssigkeit glatt
gelenkt, sobald die Flüssigkeit über die
Wassereinlassöffnung 10 und
die Eintrittsöffnung 43 in
den Wassereinlassbereich A1 eintritt.
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Die obige Beschreibung bezieht sich
auf die von dem vorderen Trennplattenelement 5 bereitgestellten
Flüssigkeitsführungen 41 und 42;
es sei angemerkt, dass die von dem hinteren Trennplattenelement 6 bereitgestellten
Flüssig keitsführungen 41 und 42 in ähnlicher
Weise als Vorsprünge
ausgebildet sind, welche von einer flachen Innenfläche 6g des Plattenelementes 6 richtungsgleich
mit dem äußeren kreisförmigen Randbereich 6a vorstehen
und die gleiche Funktion haben wie die von dem vorderen Trennplattenelement 5 bereitgestellten
Flüssigkeitsführungen 41 und 42.
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Wie in 1 gezeigt,
ist eine Antriebswelle 14 über ein Wälzlager 12 und ein
abgedichtetes Lager 13 in dem vorderen Gehäuse 1 und
dem vorderen Trennplattenelement 5 drehbar angeordnet.
Das letztgenannte abgedichtete Lager 13 ist zwischen der Innenfläche des
zylinderförmigen
Stützbereichs 5b des
vorderen Trennplattenelementes 5 und der Außenfläche der
Antriebswelle 14 angeordnet, so dass ein vorderer Bereich
des Wärmeerzeugungsraums 7 abgetrennt
ist. Ein innerstes Ende (hinteres Ende) der Antriebswelle trägt ein Rotorelement 15,
welches mit Presssitz so gefügt
ist, dass es zusammen mit der Antriebswelle 14 innerhalb
des Wärmeerzeugungsraums 7 rotiert.
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Die Zusatzölkammer 16 zum Speichern
des viskosen Fluids (des Siliconöls)
ist von dem zylinderförmigen
Bereich 6b des hinteren Trennplattenelementes 6 und
dem zentralen Bereich des hinteren Gehäuses 2 bereitgestellt.
Die Zusatzölkammer 16 steht
mit dem Wärmeerzeugungsraum 7 über eine Mehrzahl
von Durchgangslöchern 6e (in 1 ist nur ein Durchgangsloch 6e gezeigt),
welche in dem hinteren Trennplattenelement 6 ausgebildet
sind, und über
eine Radialnut 6f, welche in der Frontfläche des hinteren
Trennplattenelementes 6 ausgebildet ist, in Verbindung.
Der Wärmeerzeugungsraum 7 und
die Zusatzölkammer 16 sind
fluidisch gedichtet, so dass sie vom übrigen Teil des Inneren der
Gehäuseanordnung
des Visco-Wärmeerzeugers
abgetrennt sind. Der Wärmeerzeugungsraum 7 und
die Zusatzölkammer 16 werden
also mit einer bestimmten Menge eines viskosen Fluids, d. h. Siliconöl, versorgt,
die zur Erzeugung der erforderlichen Wärme für die Zusatzbeheizung des zu
beheizenden Bereichs des Fahrzeugs, so etwa des Fahrgastraums eines
Automobils, geeignet ist. Allgemein ist die in den Wärmeerzeugungsraum 7 und
die Zusatzöl kammer 16 eingebrachte
Menge an viskosem Fluid so bestimmt, dass sie 50 bis 80% des gesamten
freien Volumens, welches von dem Wärmeerzeugungsraum 7 und
der Zusatzölkammer 16 bei
gewöhnlicher
Temperatur bereitgestellt wird, beträgt. Wenn die obengenannte bestimmte
Menge an Siliconöl
in den Wärmeerzeugungsraum 7 und
die Zusatzölkammer 16 eingefüllt ist,
wird das Siliconöl
infolge der Dehnviskosität
des Siliconöls
während
der Rotation des Rotorelementes 15 über die Durchgangslöcher 6e von
der Zusatzölkammer 16 in
den Wärmeerzeugungsraum 7 abgezogen
und füllt
konstant kleine Spalte zwischen den Innenwänden des Wärmeerzeugungsraums 7 und den
Außenflächen des
Rotorelementes 15.
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Ein Scheibenelement 18 ist
mit einem vordersten Ende der Antriebswelle 14 mit Hilfe
eines Schraubenbolzens 17 fest verbunden. Das Scheibenelement 18 ist
mit einem Fahrzeugmotor über
einen herkömmlichen
Keilriemen verbunden, um die Motorantriebskraft auf die Antriebswelle 14 des
Visco-Wärmeerzeugers
zu übertragen.
Die Antriebswelle 14 wird also zusammen mit dem Rotorelement 15 von
dem externen Fahrzeugmotor zu einer Drehbewegung angetrieben. Dementsprechend
wird das Siliconöl
in den Spalten zwischen den Innenflächen des Wärmeerzeugungsraums 7 und
den Außenflächen des
Rotorelementes 15 einer Scherkraftwirkung durch das rotierende
Rotorelement 15 unterworfen, wobei Wärme erzeugt wird. Die durch
das Siliconöl innerhalb
des Wärmeerzeugungsraums 7 erzeugte Wärme wird
auf die den vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraum 8 und 9 durchströmende Wärmeaustauschflüssigkeit
(das Motorkühlwasser) über das vordere
und hintere Trennplattenelement 5 und 6 übertragen.
Die Wärmeaustauschflüssigkeit
zirkuliert durch den Flüssigkeitszirkulationskreis
des Fahrzeugheizungssystems, um die Wärme zu transportieren, so dass
der zu beheizende Bereich erwärmt
werden kann.
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Hierbei ist in der Ausführungsform
des Visco-Wärmeerzeugers
gemäß den 1 bis 4 der Wärmeerzeuger in einem Motorraum
eines Fahrzeugs angeordnet, so dass das vordere und hintere Trennplattenelement 5 und 6 im Wesentlichen
vertikal, bezogen auf die Erdbodenoberfläche, angeordnet sind. Die Wassereinlassöffnung 10 befindet
sich also unterhalb der Wasserauslassöffnung 11, und die beiden Öffnungen 10 und 11 sind
so angeordnet, dass sie im Wesentlichen horizontal sind. Die Rohrverbindungen 30A und 30B des
vorderen Gehäuses 1 sind
mit dem Wärmeaustauschkreis
des Fahrzeugheizungssystems, welches eine Wasserpumpe zum Pumpen
des Motorkühlwassers
aufweist, verbunden. Die Wärmeaustauschflüssigkeit
(Motorkühlwasser) wird
in den Visco-Wärmeerzeuger über die
untere Rohrverbindung 30A eingeführt und über die obere Rohrverbindung 30B abgeführt. Wenn
die Wärmeaustauschflüssigkeit
durch die untere Rohrverbindung 30A in den Wassereinlassbereich A1 mit
der Wassereinlassöffnung 10 eingeführt wird,
strömt
die Flüssigkeit
in Richtung der Eintrittsenden der jeweiligen ringförmigen Kanäle P1 bis P3.
Die Flüssigkeitsführungen 41 in
dem vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraum 8 und 9 teilen
den linear durch die Rohrverbindung 30A und die Wassereinlassöffnung 10 fließenden Strom
der Wärmeaustauschflüssigkeit in
einen vertikal oberen und unteren Strom, sobald der Strom der Wärmeaustauschflüssigkeit
an der Eintrittsöffnung 43 vorbeifließt. Damit
wird eine positive Strömungskomponente
der Wärmetauschflüssigkeit
erzeugt, die nach den ganz außen
liegenden ringförmigen
Kanälen P3 des
vorderen und des hinteren Wärmeaufnahmeraums 8 und 9 hin
gerichtet ist. Im Einzelnen können
die ganz außen
liegenden ringförmigen
Kanäle P3,
welche die größte radiale Breite
aufweisen, sicher mit einer ausreichenden Menge der Wärmeaustauschflüssigkeit
versorgt werden.
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Der Strom der Wärmeaustauschflüssigkeit innerhalb
der ringförmigen
Kanäle P1, P2 und P3 fließt allmählich vom
eintrittsseitigen Ende zum austrittsseitigen Ende des jeweiligen
Kanals, während
er die vertikal tiefste Position und die vertikal höchste Position
innerhalb jedes Kanals passiert. Der Strom der Wärmeaustauschflüssigkeit
innerhalb eines jeden der Kanäle P1 bis P3 wird
sodann über
die Abgabeöffnung 44 und
die Wasserauslassöffnungen 11 des
vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraums 8 und 9 via
obere Rohrverbindung 30B zu dem Fahrzeugheizungssystem
hin abgegeben.
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Es sei angemerkt, dass in der beschriebenen Ausführungsform
gemäß den 1 bis 4 aufgrund dessen, dass der vordere und
hintere Wärmeaufnahmeraum 8 und 9 mit
darin gebildeten konzentrischen kreisförmigen Führungswänden, bestehend aus den obengenannten äußeren zylinderförmigen Randbereichen 5a, 6a und
den konzentrischen rippenartigen Trennwänden 5c bis 5e,
versehen sind, eine Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen P1 bis
P3 sowohl in dem vorderen wie auch in dem hinteren Wärmeaufnahmeraum 8 und 9 vorgesehen
werden können.
Jeder der mehreren Kanäle P1 bis P3 kann
eine individuelle konstante Querschnittsfläche entlang der Fließlinie der
Flüssigkeit
vom eintrittsseitigen bis zum austrittsseitigen Ende des jeweiligen
Kanals aufweisen. Wenn beispielsweise angenommen wird, dass der
ringförmige
Kanal P2 die radiale Breite W2 aufweist und zwischen
den rippenartigen Trennwandungen 5d und 5e mit
der gleichen Länge
"h" vom Boden bis zum Ende derselben gebildet ist, wird die Querschnittsfläche des
ringförmigen
Kanals P2 für
die Wärmeaustauschflüssigkeit
so bestimmt, dass sie konstant (h × W2) an jeder beliebigen Position
entlang der Fließlinie
der Wärmeaustauschflüssigkeit
innerhalb des ringförmigen
Kanals P2 beträgt.
Ferner wird die Wärmeaustauschflüssigkeit
von der vertikal tieferen Wassereinlassöffnung 10 in jeden
der ringförmigen
Kanäle P1 bis P3 eingeführt, und
von dort über
die vertikal höheren
Wasserauslassöffnungen 11 zu
dem externen Wärmeaustauschflüssigkeitskreis
abgeführt.
Somit wird in den jeweiligen ringförmigen Kanälen P1 bis P3 des
vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraums 8 und 9 die
Wärmeaustauschflüssigkeit
zu richtungsgleicher Strömung
gezwungen, wobei aufeinanderfolgend die vertikal tiefste und die
vertikal höchste
Position innerhalb eines jeden der ringförmigen Kanäle P1 bis P3 durchlaufen wird.
In den ringförmigen
Kanälen P1 bis P3 mit
individueller konstanter Querschnittsfläche strömt die Wärmeaustauschflüssigkeit
also zwangsweise und in der bestimmten gleichen Strömungsrichtung,
und deshalb können
die jeweiligen ringförmigen
Kanäle P1 bis P3 des
vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraums 8 und 9 während des
Betriebs des Fahrzeugmotors von ihrem eintrittsseitigen bis zu ihrem austrittsseitigen
Ende konstant mit der Wärmeaustauschflüssigkeit
gefüllt
sein. Daher ist während
des Betriebs des Visco-Wärmeerzeugers
ein effektiver Wärmeaustausch
zwischen dem viskosen Fluid (dem Siliconöl) und der Wärmeaustauschflüssigkeit
(dem Motorkühlwasser)
konstant erzielbar.
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Die verschiedenen Vorteile, welche
der Visco-Wärmeerzeuger
gemäß der Ausführungsform
von 1 bis 4 bietet, sind im Folgenden
dargelegt.
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- (a) Die Flüssigkeitsführungen 41 in
Gestalt der Vorsprünge,
angeordnet in dem Wassereinlassbereich A1 des vorderen
und hinteren Wärmeaufnahmeraums 8 und 9,
können
den Hauptteil des Stroms der Wärmeaustauschflüssigkeit,
die von außerhalb
des Wärmeerzeugers
zugeführt
wird, zu den radial ganz außen
liegenden ringförmigen Kanälen P3 verteilen.
Somit können
die Kanäle P3 konstant
mit einer ausreichenden Menge an Wärmeaustauschflüssigkeit
versorgt sein. Deshalb kann die Geschwindigkeit der Wärmeaustauschflüssigkeit,
welche die Kanäle P3 durchströmt, relativ
größer gemacht
werden als die der Flüssigkeit,
welche in den radial inneren Kanälen P1 und P2 strömt. Wenngleich
also die Länge
des Strömungsweges
der Flüssigkeit
innerhalb der Kanäle P3 größer ist
als die innerhalb der Kanäle P1 und P2,
können
die Strömungsmengen
der Wärmeaustauschflüssigkeit
in den jeweiligen ringförmigen
Kanälen P1 bis P3 bezogen
auf ein zeiteinheitliches Intervall, dennoch untereinander ausbalanciert
sein. Dementsprechend können auch
die Wärmeübertragungswirkungsgrade
der jeweiligen Wärmeaustauschflüssigkeiten
in den entsprechenden ringförmigen
Kanälen P1 bis P3 ausbalanciert
sein. Insbesondere kann aufgrund dessen, dass die Strömungsmenge
der Wärmeaustauschflüssigkeit
in den ganz außen
liegenden ringförmigen
Kanälen P3 größer gemacht
ist als die der radial inneren Kanäle P1 und P2,
die in den Kanälen P3 strömende Flüssigkeit
wirksam Wärme
von dem viskosen Fluid aufnehmen, welches um den radial peripheren
Bereich des Rotorelements 15 herum vorliegt und aktiv Wärme erzeugt
infolge einer starken Scherkraftwirkung, die von dem radial peripheren
Bereich des Rotorelements 15 bereitgestellt wird.
In
einem vergleichenden Experiment, durchgeführt nach einem Simulationsverfahren
unter Verwendung eines geeigneten herkömmlichen elektronischen Computers,
zwischen einem Visco-Wärmeerzeuger,
der mit den Flüssigkeitsführungen 41 in
dem Wassereinlassbereich A1 versehen war, wie in 4 gezeigt, und einem anderen
Wärmeerzeuger,
der keine Flüssigkeitsführungen 41 in
einem Wassereinlassbereich aufwies, wurde bestätigt, dass das Vorhandensein der
Flüssigkeitsführungen 41 sehr
wirksam ist, um die Wärmeaustauschflüssigkeit
geeignet in Richtung der radial ganz außen liegenden ringförmigen Kanäle P3 in
dem vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraum 8 und 9 zu
lenken. Im Einzelnen ist bei Nichtanordnung der Flüssigkeitsführungen
in dem Wassereinlassbereich A1 eine Verteilung der Wärmeaustauschflüssigkeit
zu den äußersten
Kanälen P3 unzureichend,
verglichen mit den übrigen,
radial inneren Kanälen P1 und P2.
- (b) Wenn die Flüssigkeitsführungen 41 so
ausgeführt
werden, dass ihre der Wassereinlassöffnung 10 zugekehrten
Kanten gerundet sind, kann die in den Wassereinlassbereich A1 eintretende
Wärmeaustauschflüssigkeit
glatt in getrennte Flüssigkeitsströme aufgeteilt
werden, welche zu den ringförmigen
Kanälen P1 bis P3 hin
fließen.
Es versteht sich also, dass das Vorhandensein der Flüssigkeitsführungen 41 in
dem Wassereinlassbereich A1 keinen ungünstigen Anstieg des Strömungswiderstandes
gegen die an den Flüssigkeitsführungen 41 vorbeiströmende Wärmeaustauschflüssigkeit
verursacht.
- (c) Die Anordnung der Mehrzahl von spezifizierten ringförmigen Kanälen P1 bis P3 in
dem vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraum 8 und 9,
und die Bestimmung der Strömungsrichtung
der Wärmeaustauschflüssigkeit
durch die vorbestimmte Anordnung der vertikal benachbarten unteren Wassereinlassöffnung 10 und
oberen Wasserauslassöffnung 11 für die Wärmeaustauschflüssigkeit erlauben
es, den gesamten Bereich in dem vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraum 8 und 9 stets
aufgefüllt
mit der Wärmeaustauschflüssigkeit
zu halten. Dadurch ergibt sich eine sehr gute Wärmeübertragung von dem viskosen
Fluid in dem Wärmeerzeugungsraum 7 auf
die Wärmeaustauschflüssigkeit,
welche die ringförmigen
Kanäle P1 bis P3 über die
rippenartigen Trennwände 5c bis 5e, 6b bis 6d und
andere Wandungen des vorderen und hinteren Trennplattenelementes 5 und 6 durchströmt, wodurch
ein hoher Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs
erzielt werden kann, der seinerseits eine Erhöhung des Wirkungsgrades der
Wärmeerzeugung
des Visco-Wärmeerzeugers
zur Folge hat. Diese Tatsache trägt
auch dazu bei, die wärmebedingte
Verschlechterung des viskosen Fluids, verursacht durch übermäßige Erhitzung
des viskosen Fluids, zu vermeiden.
- (d) Weil die radialen Breiten der konzentrischen ringförmigen Flüssigkeitskanäle P1 bis P3 so
ausgeführt
sind, dass sie von den ganz innen liegenden Kanälen P1 bis zu den
ganz außen
liegenden Kanälen P3 allmählich größer werden,
kann die Geschwindigkeit der jeweiligen Ströme der Wärmeaustauschflüssigkeit
durch die Kanäle P1 bis P3 in
Relation zum Unterschied in der Wegstrecke zwischen den radial ganz
innen liegenden, dazwischenliegenden und ganz außen liegenden Kanälen P1 bis P3 eingestellt
werden. Aus diesem Grund können
alle Teile der Wandungen der vorderen und hinteren Trennplattenelemente 5 und 6, welche
den vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraum 8 und 9 definieren,
zu einem gleichmäßigen Wärmeaustausch
zwischen dem viskosen Fluid innerhalb des Wärmeerzeugungsraums 7 und
der durch den vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraum 8 und 9 zirkulierenden
Wärmeaustauschflüssigkeit
beitragen.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wobei der vordere und hintere Wärmeaufnahmeraum 8 und 9 mit
modifizierten Flüssigkeitsführungen 41,
welche in dem Wassereinlassbereich A1 angeordnet sind,
versehen ist. Im Einzelnen sind die modifizierten Flüssigkeitsführungen 41,
welche in dem vorderen und hinteren Trennplattenelement 5 und 6 gebildet
sind, im Vergleich zu den im Vorstehenden beschriebenen Flüssigkeitsführungen 41 gemäß den Ausführungsformen
von 1 bis 4 von länglicher Gestalt in Richtung
der rippenartigen Trennwandungen 5c und 6b. Ferner
sind die modifizierten Flüssigkeitsführungen 41 der
vorderen und hinteren Trennplattenelemente 5 und 6 mit gekrümmten Führungsflächen 41a versehen,
welche sich in Richtung der rippenartigen Trennwände 5e und 6d erstrecken.
Die modifizierten Flüssigkeitsführungen 41 mit
den gekrümmten
Führungsflächen 41a können bewirken,
dass die über
die Eintrittsöffnung 43 in
den Wassereinlassbereich A1 eintretende Wärmeaustauschflüssigkeit
unter der Führung
der gekrümmten
Führungsflächen 41a mit
Sicherheit in Richtung der radial ganz außen liegenden ringförmigen Kanäle P3 fließt.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, mit gegenüber denjenigen der Ausführungsformen
von 1 bis 4 und 5 weiter modifizierten Flüssigkeitsführungen 41. Im
Einzelnen ist die modifizierte Flüssigkeitsführung 41 der vorliegenden
Ausführungsform
so ausgebildet, dass sie mit dem eintrittsseitigen Ende der rippenartigen
Trennwände 5e und 6d,
welche die radial ganz außen
liegenden ringförmigen
Kanäle P3 definieren,
verbunden ist. Im Einzelnen ist die modifizierte Flüssigkeitsführung 41 so
vorgesehen, dass sie mit den Trennwänden 5e und 6d integral
geformt ist, und dementsprechend ist eine kontinuierliche Führungsfläche 41a bereitgestellt,
um einen Teil des in die Wassereinlassöffnung 10 eintretenden
Stroms der Wärmeaustauschflüssigkeit
direkt in Richtung der radial ganz außen liegenden ringförmigen Kanäle P3 zu
lenken.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wobei die in dem Wassereinlassbereich A1 des
vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraums 8 und 9 angeordneten
Flüssigkeitsführungen 41 als
Vorsprünge
mit einem dreieckigen Querschnitt ausgeführt sind. Jede dreieckige Flüssigkeitsführung 41 ist
so angeordnet, dass eine spitzwinklige Kante der Flüssigkeitsführung der
Eintrittsöffnung 43 und
der Wassereinlassöffnung 10 direkt
gegenüberliegt,
um eine Führungsfläche 41a bereitzustellen,
welche von einer horizontalen Linie gegen jede der rippenartigen
Trennwandungen 5e und 6d geneigt ist. Auf diese
Weise kann die Führungsfläche 41a der
dreieckigen Flüssigkeitsführung 41 einen über die
Eintrittsöffnung 43 und
die Wassereinlassöffnung 10 in
den Wassereinlassbereich A1 eintretenden Strom der Wärmeaustauschflüssigkeit
in Richtung der radial ganz außen
liegenden ringförmigen
Kanäle P3 lenken,
ohne eine Erhöhung
des Strömungswiderstandes
gegen den in den Wassereinlassbereich A1 eintretenden Eintrittsstrom
der Wärmeaustauschflüssigkeit.
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Ferner sind die in dem Wasserauslassbereich A2 des
vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraums 8 und 9 angeordneten
Flüssigkeitsführungen 42 als
Vorsprünge
der vorderen und hinteren Trennplattenelemente 5 und 6 ausgebildet,
und weisen einen dreieckigen Querschnitt auf, wie deutlich aus 7 zu ersehen. Hierbei ist
jede der dreieckigen Flüssigkeitsführungen 42 so
vorgesehen, dass eine spitzwinklige Kante derselben der radial ganz
innen liegenden Trennwandung 5c oder 6b direkt
gegenüberliegt
und dass sie eine im Wesentlichen horizontale Führungsfläche 42a aufweist.
Die Flüssigkeitsführungen 42 können den
von dem vorderen und hinteren Wärmeaufnahmeraum 8 und 9,
speziell von den Kanälen P3,
abfließenden
Strom der Wärmeaustauschflüssigkeit über die
Abgabeöffnung 44 in
Richtung der Wasserauslassöffnung
11 lenken,
ohne eine Erhöhung
des Strömungswiderstandes
gegen den ausfließenden
Strom der Wärmeaustauschflüssigkeit.
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Es wird erkennbar sein, dass die
als Vorsprünge
von dem vorderen und hinteren Trennplattenelement 5 und 6 ausgebildeten
Flüssigkeitsführungen 42,
wie in den 2, 4, 5, 6 und 7 gezeigt, so vorgesehen
sind, dass sie mehr als körperlich
verstärkende
Rippen wirken als als Führungen
zum Forcieren des Stroms der Wärmeaustauschflüssigkeit nach
einer spezifizierten Richtung hin. Weil aber der beschriebene Visco-Wärmeerzeuger
keine besonders große
körperliche
Festigkeit haben muss, wenn er in Verbindung mit einem Fahrzeugheizungssystem verwendet
wird, können
die in dem Wasserauslassbereich A2 angeordneten Flüssigkeitsführungen 42 weggelassen
werden. Die Flüssigkeitsführungen 42 sind
also keine unbedingt notwendigen Elemente, um die vorliegende Erfindung
umzusetzen.
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Aus der vorausgehenden Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird erkennbar sein, dass, weil der erfindungsgemäße Visco-Wärmeerzeuger
einen verbesserten Wärmeaufnahmeraum
aufweist, worin sich ringförmig
erstreckende Flüssigkeitskanäle vorgesehen
sind, so dass der Strom der Wärmeaustauschflüssigkeit
auf alle Bereiche innerhalb des Wärmeaufnahmebereichs verteilt
wird, die Wärmeübertragung von
dem wärmeerzeugenden
viskosen Fluid innerhalb des Wärmeerzeugungsraums
auf die den Wärmeaufnahmeraum
durchströmende
Wärmeaustauschflüssigkeit
mit einem hohen Wirkungsgrad der Wärmeübertragung durchgeführt werden
kann, ohne eine Erhöhung
des Strömungswiderstandes
zu verursachen.
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Zwar kann ein typisches viskoses
Fluid, welches für
den Visco-Wärmeerzeuger
zur Verwendung kommt, das beschriebene Siliconöl sein; es versteht sich jedoch,
dass auch andere fließfähige Stoffe,
die eine hohe Viskosität
aufweisen, Verwendung finden können
zur Erzeugung von Wärme
durch Reibung innerhalb des eingegrenzten Wärmeerzeugungsraums.
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Ferner versteht es sich, dass dem
Fachmann zahlreiche Änderungen
und Modifikationen möglich sind,
ohne den Bereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist, zu verlassen.