SE512642C2 - Värmare med viskös fluid - Google Patents

Description

Ett ytterligare exempel på teknikens ståndpunkt står att finna i DE,44 20 841,A1 (Martin). 512 642 3 KoRTFATTAD REDoGöRELsE FöR RITNINGARNA De kännetecken för föreliggande uppfinning som antas vara nya anges särskilt i tillhörande krav. Uppfinningen tillsammans med dess ändamål och fördelar torde bäst förstås med hänvisning till efterföljande beskrivning av för närvarande föredragna utföringsformer tillsammans med tillhörande ritningar.

Fig. 1 är ett tvärsnitt som visar en första utföringsform av en värmare med viskös fluid enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 2 är ett förstorat tvärsnitt visande en del av fig. 1.

Fig. 3 är ett tvärsnitt som visar ytterligare en utföringsform av en värmare med viskös fluid enligt uppfinningen.

Fig. 4, slutligen, är ett tvärsnitt som visar en annan utfö- ringsform av en värmare med viskös fluid enligt föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER En första utföringsform av en värmare med viskös fluid som in- går i en värmeanläggning till ett motorfordon skall nu beskri- vas med hänvisning till fig. 1 och 2.

Såsom visas i fig. 1 fäster ett antal bultar 5 (varav endast en visas) ett främre hus 1 och ett bakre hus 3 till varandra med en åtskiljande platta 2 och en tätning 4 anordnade däremellan.

Ett urtag är upptaget i det främre husets 1 bakre yta. En värmekammare 7 befinner sig mellan urtaget och plattans 2 plana frontyta. En vattenmantel 8 befinner sig intill värmekammaren 7 mellan plattans 2 bakre yta och det bakre husets 3 innervägg.

En inloppsport 9 och en utloppsport (icke visad) är anordnade i det bakre huset 3. Kylmedel som cirkulerar genom en värmekrets i fordonet ingår i vattenmanteln 8 genom inloppsporten 9 och avgår från vattenmanteln 8 genom utloppsporten.

WHHW Mw¶H\WwuMwmm +rw u!m\ »Hm~|m 512 642 4 Ett utsprång 2a och en skiljevägg 2b är anordnade vid plattans 1 2 bakre sida. Utsprånget 2a befinner sig vid plattans 2 centrum É under det att skiljeväggen 2b sträcker sig radiellt från ut- 5 språnget 2a mot mitten av inloppsporten 9 och utloppsporten.

Ett antal flänsar 2c, 2d, 2e, 2f befinner sig vidare vid den bakre sidan av plattan 2 och sträcker sig på ett bågliknande sätt omkring utsprånget 2a från området för inloppsporten 9 till området för utloppsporten. Utsprångets 2a ände, skilje- väggen 2b, flänsarna 2c-2f ligger an mot det bakre husets 3 innervägg och begränsar en kanal för cirkulering av kylmedlet genom vattenmanteln 8 mellan inloppsporten 9 och utloppsporten. 1 1.| \l\ . IHIH H \_\ mm u-m En tätning 10 och ett lager 11 är anordnade intill värmekamma- ren 7. En drivaxel 12 är roterbart uppburen av tätningen 10 och lagret 11. Splines 12a sträcker sig axiellt och parallellt med varandra vid drivaxelns 12 bakre ände. En rotor 13 som är upp- tagen i värmekammaren 7 är påförd drivaxeln 12. Värmekammaren 7 UIH 1|\ I*1.| är fylld med silikonolja som utgör den viskösa fluiden.

E Rotorn 13 inkluderar en skivliknande rotorkropp 131 och en centrumdel 132 som är fäst vid rotorkroppen 131. En navborrning sträcker sig genom rotorkroppens 131 centrum och centrumdelen 132. Splines 13a och 13b motsvarande ovannämnda splines 12a är anordnade på navborrningens vägg. Sagda splines 13a ingriper under samverkan med nämnda splines 12a för att förhindra rela- .W Jgx tiv rotation och medge axiell förskjutning av rotorkroppen 131 relativt drivaxeln 12. Ett visst spel finnes mellan sagda splines 12a och splines 13a, 13b för att medge tippning av rotorkroppen 131 och centrumdelen 132 relativt drivaxelns 12 geometriska axel.

Centrumdelen 132 och rotorn 131 är av varandra oberoende delar.

Dessutom är den axiella längden av centrumdelen 132 (dvs i drivaxelns 12 axelriktning) större än rotorkroppens 131 axiella längd (tjocklek). Det föredrages att centrumdelen 132 består av fi lf hårt material. Detta erfordras ej för rotorkroppen 131. Efter- få som rotorkroppen 131 är oberoende av centrumdelen 132 kan rotorkroppen 131 göras av ett material som är mjukare och kan enklare maskinbearbetas. Centrumdelen 132, som kräver hög grad i “Ü im 'l u. "' iii: ii Hg u 512 642 5 av hårdhet, skall tillverkas av ett material som är hårdare och mer dyrbart än materialet i rotorkroppen 131. Rotorkroppen 131 slipas innan centrumdelen 132 sammankopplas med kroppen 131.

Slipning av rotorkroppens 131 främre och bakre ytor förenklas därför i jämförelse med teknikens ståndpunkt eftersom ytorna är plana och saknar utsprång. Drivaxeln 12 och centrumdelen 132 är även oberoende av varandra. Eftersom drivaxeln 12 och huvud- delen 132 enligt teknikens ståndpunkt är maskinbearbetade av samma hårda material underlättar utförandet av föreliggande uppfinning massproduktion och reducerar kostnaden för delarna.

Ett flertal nitar 15 infäster rotorkroppen 131 till centrum- delen 132. Rotorkroppen 131 och centrumdelen 132 är sålunda effektivt integrerade med varandra. Denna konstruktion begrän- sar rotation av rotorkroppen 131 och centrumdelen 132 relativt drivaxeln 12 under det att den medger axiell förskjutning där- emellan.

Såsom visas i fig. 1 är en drivskiva 17 fäst till den främre änden av drivaxeln 12 medelst en bult 16. Ett band B förenar drivskivan 17 med en motor E på fordonet. Motorns E drivkraft överföres sålunda av bandet B för att rotera drivaxeln 12.

Splineförbindningen roterar rotorkroppen 131 och centrumdelen 132 tillsammans med drivaxeln 12. Rotationen åstadkommer en genomskärnings- eller skjuvningsverkan på silikonoljan i ut- rymmet mellan värmekammarens 7 inre vägg och rotorns 13 yttre yta och alstrar värme. Värmeväxling äger rum mellan den upp- värmda silikonoljan och det kylmedel som cirkulerar genom vattenmanteln 8. Det uppvärmda kylmedlet strömmar in i värmar- kretsen (icke visad) och uppvärmer fordonskupên.

Ingrepps- eller kontaktpåkänningen a[kgf/mm?] som verkar på splineförbindningens ingreppsyta uttryckes av nedanstående ekvation: a=M/¶LRA I denna ekvation representerar M[kgf-mm] det överförda vrid- moment som är pålagt förbindningen, L[mm] anger splinelängden H IHM HH H ru H HWHW Hfi\mMHMimm\ 512 642 6 som befinner sig i ingrepp eller kontakt, R[mm] hävarmslängden för det överförda vridmomentet, A[mmUmm] den totala trycksatta splinearean per millimeter splinelängd i ingrepp och ¶ den kom- å pensationskoefficient som är hänförd till ingreppsnivån mellan splinenav och splineaxel. Om splinenavets innerdiameter anges av Dk[mm] under det att splineaxelns ytterdiameter anges med D2, uttryckes hävarmslängden R[mm] för det överförda vridmomen- w _.H1|»-|.\~ Hm tet av nedanstående ekvation: R=(Dk+D2)/4 Vid denna utföringsform är rotorkroppen 131 och centrumdelen 132 sammankopplade med drivaxeln 12 genom splineförbindningen.

Splineförbindningen sammankopplar även integrerat rotorkroppen 131 och centrumdelen 132. Med andra ord förenar splineförbind- ningen rotorkroppens 131 och centrumdelens 132 gemensamma massa med drivaxeln 12. som resultat härav är splineingreppslängden L1 lika med summan av tjockleken L2 av rotorkroppen 131 och den “É1ïï||HI' 1' axiella längden L3 av centrumdelen 132 (L1=L2+L3). Om en centrumdel 132 icke användes motsvarar splineingreppslängden L2. Emellertid medger användning av centrumdelen 132 att splineingreppslängden kan öka med längden L3. Centrumdelens 132 axiella längd är företrädesvis åtminstone rotorns 131 dubbla -í tjocklek .

Användningen av centrumdelen 132 ökar längden av splineförbind- ningen och minskar ingreppspåkänningen a för ingreppsytan per ytenhet hos splineförbindningen. Detta ökar livslängden av splineförbindningsdelen och förbättrar hållbarheten av värmaren med viskös fluid.

Centrumdelen är icke begränsad till en cylindrisk centrumdel eller ett nav så länge den befinner sig på drivaxeln vid rotorns centrum för att förstärka den konstruktion som samman- kopplar drivaxel och rotor.

Såsom framgår av ovanstående ekvation avseende ingreppspåkän- ningen är ingreppspåkänningen 0 omvänt proportionell mot ängningen vid föreliggande splineingreppslängden L. Splineförl få “VU HW! Iqt Ràimiå ' -1 il 512 642 7 uppfinning minskar därför dramatiskt den ingreppspåkänning 0 som verkar mellan splines 12a och splines 13a, 13b.

Eftersom huvuddelen 132 ökar splineingreppslängden L1 mellan rotorn 13 och drivaxeln 12 kan rotorkroppens 131 tjocklek L minimeras. Detta medger produktion av en mer kompakt värmare med viskös fluid.

Uppvärmningshastigheten H, för den viskösa fluiden i rotorns 13 främre och bakre sidor samt uppvärmningshastigheten H2 för den viskösa fluiden vid rotorns 13 periferiella del erhålles av nedanstående ekvationer: H,=1ruw2r“/ D H2=2 vwwzrslq/ D I dessa ekvationer anger u viskositetskoefficienten, r anger rotorns radie, D representerar avståndet mellan värmekammarens 7 vägg och rotorns 13 ytteryta och w anger rotorns 13 vinkel- hastighet då den roterar. Då villkoret 2IQ villkoret Hfüg. Detta resulterar i ett stort värmevärde vid rotorns 13 främre och bakre sidor. Sålunda sker effektiv värme- växling mellan värmaren för viskös fluid och det kylmedel som cirkulerar genom vattenmanteln 8 vilken befinner sig i området för rotorns 13 bakre sida. Den överlägsna värmeöverföringen som uppnås vid värmare med viskös fluid försedda med labyrintspår i värmekammaren 7 enligt teknikens ståndpunkt uppnås sålunda även av föreliggande uppfinning.

Vid denna typ av värmare med viskös fluid verkar den kraft som alstras av den spänning som är pålagd det band B som ingriper mot drivskivan 17 i radiell riktning mot drivaxelns 12 geome- triska axel. Denna radialkraft tenderar att förskjuta den opti- mala axeln O till att motsvara den lutande axeln 0' såsom visas _m i fig. 2. Vidare kan dimensionsskillnader som beror av produk- tionsfaktorer göra att det utrymme som finnes mellan rotor- kroppen 131 och värmekammarens 7 inre vägg får fel dimension.

Dessa faktorer kan göra att drivaxelns 12 ändar kretsar i en 4111 |w = ...iii .Jan * \!I .- 11 W ~ Fli ma: ..

A H. aïm 512 642 8 bana. Detta leder i sin tur till kontakt mellan rotorkroppen 131 och värmekammarens 7 inre vägg.

Vid värmaren med viskös fluid enligt uppfinningen är emellertid rotorkroppen 131 och centrumdelen 132 förenade med drivaxeln 12 medelst splines. Detta möjliggör lutning och axiell förskjut- ning av rotorkroppen 131 och centrumdelen 132 relativt driv- axeln 12. Denna konstruktion neutraliserar den icke avsedda radiellt riktad omkring axeln 0' lutningen av drivaxeln 12. Om med andra ord en kraft i bandet bringar drivaxeln 12 att rotera kommer det motstånd som alstras av den viskösa fluiden samt lutningen och den axiella förskjutningen av rotorkroppen 131 och centrumdelen 132 att kompensera drivaxelns 12 lutning. Om vidare rotorkroppen 131 kommer i kontakt med värmekammarens 7 inneryta förskjutes rotorkroppen 131 och centrumdelen 132 axiellt. Detta minskar kontakttrycket och förhindrar skada på rotorkroppen 131 och andra delar. Följaktligen kan avståndet mellan rotorkroppens 131 ytteryta och värmekammarens 7 inre vägg minimeras samtidigt som ingrepp mellan dessa undvikes.

Detta bidrar till effektiv värmning.

En ytterligare utföringsform av föreliggande uppfinning visas i 3. Vid denna utföringsform är centrumdelen 132 anordnad fig.

De fördelaktiga resultat som vid rotorkroppens 131 bakre sida. uppkommer vid den första utföringsformen erhålles även vid denna utföringsform.

Vidare kan splineförbindningen anordnas endast mellan drivaxeln I detta fall kan ett avstånd finnas rkroppen 131 och drivaxelns 12 12 och centrumdelen 132. mellan navborrningens vägg i roto ytteryta. ringsform av en värmare med viskös fluid En ytterligare utfö 4. För att undvika enligt föreliggande uppfinning visas i fig. beskrivning har liknande eller samma hänvisnings- desamma som överflödig siffror givits de komponenter som liknar eller är motsvarande komponenter vid den första utföringsformen. in Ix 512 642 9 Centrumdelen 24 är fäst till drivaxeln 12 utan att det finnes splines vid drivaxelns 12 bakre ände. En skivliknande rotor- kropp 23 upptagen i värmekammaren 7 är anbragt vid centrumdelen 24. Splines 24a sträcker sig axiellt utmed centrumdelens 24 periferi. En navborrning genomgår rotorkroppens 23 centrum.

Splines 23a motsvarande de splines som betecknas 24a är anord- nade i navborrningens vägg. Ingreppet mellan sagda splines 24a och 23a begränsar rotorkroppens 23 rotation relativt drivaxeln 12 och centrumdelen 24. Ingreppet medger även lutning och för- skjutning av drivaxeln 12 relativt den geometriska axeln för drivaxeln 12 och centrumdelen 24.

Den ekvation som användes för att erhålla den ingrepps- eller kontaktpåkänning 0 som verkar mot den i ingrepp varande sidan av en spline (o=M/WLRA) vid den första utföringsformen kan även tillämpas vid denna utföringsform. I denna ekvation motsvarar hävarmslängden för det överförda vridmomentet R=(Dk+D2)/4 av- ståndet mellan drivaxelns 12 geometriska axel O och den i in- grepp befintliga delen av sagda splines 24a och 23a.

Dk motsvarar navborrningens innerdiameter vid rotorkroppen 23 och D2 anger ytterdiametern för centrumdelen 24. Om Dk och D2 gives relativt stora värden, kan D2 och Dk approximativt anges vara väsentligen lika varandra. I detta fall satisfieras nedan- stående ekvation: R=(nk+n2)/4=D2/2 Följaktligen kan det överförda vridmomentets hävarmslängd R approximativt anges motsvara centrumdelens 24 radie.

Det framgår av den ekvation som användes för att erhålla in- greppspåkänningen 0 att ingreppspåkänningen 0 är omvänt propor- tionell mot det överförda vridmomentets hävarmslängd R. Följ- aktligen är den ingreppspåkänning c som verkar vid den i in- grepp varande delen av aktuell spline omvänt proportionell mot centrumdelens 24 radie. Såsom framgår av fig. 4 är centrum- delens 24 diameter D2 större än drivaxelns 12 diameter D1 (D1 II IN ||\ www-Nunn tm nu m 111 (l *gg «¿ w w - l g fiflmfiaan ii 512 642 10 för det överförda vridmomentet approximativt densamma som driv- axelns 12 radie (D1/2). Ingreppspåkänningen 0 minskar därför då centrumdelen 24 användes.

Ingreppspåkänningen a per ytenhet av i ingrepp befintlig yta av splineförbindningen minskar därför genom anordnandet av cen- trumdelen 24 mellan drivaxeln 12 och rotorkroppen 23 för att öka längden R av det överförda vridmomentets nålarm R.

De fördelaktiga resultat som uppkommer vid den första utfö- ringsformen erhålles även vid denna utföringsform. Vid denna utföringsform är centrumdelen 24 presspassad på drivaxeln 12 utan användning av nitar eller andra fästelement. Detta minskar antalet nödvändiga komponenter och förenklar konstruktionen av värmaren med viskös fluid. vid denna utföringsform kan drivaxeln 12 och centrumdelen 24 utformas integrerat.

Vid föreliggande uppfinning kan en elektromagnetisk koppling anordnas mellan drivskívan 17 och drivaxeln 12 för att inter- mittent överföra motorns E drivkraft till drivaxeln 12 för värmaren med viskös fluid. Även om flera utföringsformer av föreliggande uppfinning ovan beskrivits inses av fackmannen på området att uppfinningen kan utformas på många andra sätt utan att man frångår dess grund- tanke. De angivna exemplen och utföringsformerna skall därför betraktas såsom âskådliggörande och icke begränsande och upp- finningen är icke begränsad till här givna detaljer utan kan modifieras inom ramen för bifogade krav. nu

Claims (9)

4i 512 642 ll Patentkrav

1. Värmare försedd med en rotor (13) som är operativt sam- mankopplad med en drivaxel (12) och anordnad i en värmekammare (7) som upptar viskös fluid, varvid rotorn är anordnad att roteras med drivaxeln för att skära igenom den viskösa fluiden och alstra värme i värmekammaren, k ä n n e t e c k n a d a v att rotorn (13) innefattar en plan rotorkropp (131) och en cen- trumdel (132), vilken centrumdel är utformad separat från rotorkroppen och har en axiell längd som är större än rotor- kroppens, och en mekanism som anbringar rotorn på drivaxeln (12), varvid mekanismen är försedd åtminstone med centrumdelen -för att överföra drivaxelns vridmoment till rotorn.

2. Värmare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v organ (13a, 13b) för att fästa centrumdelen vid rotorkroppen.

3. Värmare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att anbringningsmekanismen roterar rotorn (13) integrerat och axiellt rörligt relativt drivaxeln (12).

4. Värmare enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k - n a d a v att rotorns radie är åtminstone dubbelt så stor som rotorkroppens (131) tjocklek.

5. Värmare enligt något av krav 1-4, k ä n n e t e c k - n a d a v att centrumdelen (132) har ett centralt hål med en inre periferiyta som innefattar ett första element (13a, 13b), att drivaxeln (12) har en yttre periferiyta som innefattar ett andra element, och att anbringningsmekanismen innefattar de första och andra elementen, och att det första och andra elementet bildar en splineförbindning.

6. Värmare enligt något av krav 1-5, k ä n n e t e c k - n a d a v att centrumdelen är fäst vid åtminstone den ena av rotorkroppens frontyta och bakre yta. 512 642 12

7. Värmare enligt något av krav 2-6, k ä n n e t e c k - n a d a v att fästanordningen innefattar en nit (15).

8. Värmare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att rotorkroppen (23) har ett centralt hål med en inre perife- riell yta som innefattar ett första element (23a), varvid centrumdelen (24) är rörligt pâförd drivaxeln och har en ytter- periferi som har ett andra element (24a), varvid anbringnings- II UH 1 I mekanismen innefattar sagda första och andra element, och var- vid det första och andra elementet bildar en splineförbindning. ïfšl \ HH

9. Värmare enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att en drivskiva (17) i vilken en ände av drivaxeln (12) är upptagen är operativt sammankopplad med en motor (E). io. värmare enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v U- att en elektromagnetisk koppling selektivt förbinder drivskivan (17) med och lösgör den från drivaxeln (12). fïš ra 1 :f in Ilmar;