DE19835277C2 - Viskoses Fluid verwendende Wärmeerzeugungs-Vorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeerzeu­ gungs-Vorrichtung, die (nicht ausschließlich) als eine Wärmequelle für ein Fahrzeug-Heizsystem verwendet wird, und die auf dem Prinzip beruhend arbeitet, daß ein vis­ koses Fluid, das aufgrund der Drehung eines Rotorele­ mentes einer Scherwirkung unterworfen wird, Wärme er­ zeugt, die von einer durch eine Wärmeaufnahmekammer zirkulierenden Wärmetauschflüssigkeit aufgenommen wird und zu einem bestimmten zu beheizenden Bereich trans­ portiert wird.

Die japanische Offenlegungsschrift JP 8-337 110 A2 (die entsprechende Europäische Patent-Veröffentlichungs­ nummer lautet 0 687 584 A1 und die entsprechende US- Patent-Veröffentlichungsnummer lautet 5,573,184) offen­ bart eine Wärmeerzeugungs-Vorrichtung, die dazu geeig­ net ist, in einem in einem Fahrzeug eingebauten Heizsy­ stem verwendet zu werden. Die Wärmeerzeugungs-Vorrich­ tung umfaßt ein Gehäuse, in dem eine Wärmeerzeugungs­ kammer und eine Wärmeaufnahmekammer oder ein Wasserman­ tel, die bzw. der benachbart zu der Wärmeerzeugungskam­ mer angeordnet ist, definiert sind. Das Gehäuse lagert drehbar eine Antriebswelle mittels eines Lagers und ei­ ner Wellenabdichtungsanordnung. Ein äußeres Ende der Antriebswelle und das Gehäuse lagern eine elektromagne­ tische Kupplung, die so wirkt, daß je nach Erfordernis die Antriebswelle mit einem Fahrzeugmotor über einen Mechanismus aus Riemen und Riemenscheibe verbunden wird oder die Antriebswelle von dem Fahrzeugmotor getrennt wird. Die Antriebswelle weist ein inneres Ende auf, das sich in die Wärmeerzeugungskammer hinein erstreckt und an dem einstückig ein Rotorelement angeformt ist, um mit der Antriebswelle zusammen in der Wärmeerzeugungs­ kammer gedreht zu werden. Die Wärmeerzeugungskammer weist eine innere Wandfläche auf, die mit äußeren Flä­ chen des Rotorelementes zusammenwirkt, um Spalte dazwi­ schen zu definieren, in denen ein viskoses Fluid, wie beispielsweise ein Silikonöl, zur Wärmeerzeugung einge­ schlossen ist. Wenn nämlich die oben genannte Wärmeer­ zeugungs-Vorrichtung in ein Fahrzeug-Heizsystem einge­ baut ist, wird das fest an der Antriebswelle gehaltene Rotorelement durch den Fahrzeugmotor in Drehung ver­ setzt, und folglich wird das viskose Fluid in der Wär­ meerzeugungskammer einer Scherwirkung unterworfen, durch die das viskose Fluid in den Spalten zwischen der inneren Wandfläche der Wärmeerzeugungskammer und den äußeren Flächen des Rotorelementes Wärme erzeugt. Die Wärme wird durch die Wand der Wärmeerzeugungskammer an das durch den Wassermantel fließende Motorkühlwasser übertragen, und dadurch wird die an das Motorkühlwasser übertragene Wärme einem Heizkreislauf zugeführt, in welchem die Wärme zu der Luft im Fahrgastraum des Fahr­ zeuges transportiert wird.

Bei der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gemäß der JP-A-'110 wird das viskose Fluid in der Wärmeerzeugungskammer an­ dauernd der Scherwirkung unterworfen, um während der Drehung des Rotorelementes und der Antriebswelle Wärme zu erzeugen. Deshalb kann das viskose Fluid in den Spalten zwischen der inneren Wandfläche der Wärmeerzeu­ gungskammer und den äußeren Flächen des Rotorelementes andauernd Wärme ausgesetzt sein und übermäßig heiß wer­ den. Im Ergebnis neigt das viskose Fluid dazu, ther­ misch degradiert und auch physisch degradiert zu werden aufgrund des Brechens der Molekülketten in dem viskosen Fluid, wodurch das Molekulargewicht desselben vermin­ dert wird. Somit wird die Viskosität des viskosen Fluids verringert, so daß eine Verringerung der Wärme­ erzeugungsleistung des viskosen Fluids hervorgerufen und die Lebensdauer des viskosen Fluids verringert wird. Ein Ersetzen des degradierten viskosen Fluids mit verringerter Viskosität durch frisches viskoses Fluid erfordert das Ausbauen der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung aus dem Fahrzeug und ein Zerlegen der Vorrichtung an sich. Der Ausbau und das Zerlegen der Wärmeerzeugungs- Vorrichtung ist sehr umständlich und unpraktisch.

Ferner wurde gemäß einem Versuch, der von der Anmelde­ rin bezüglich der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung durchge­ führt wurde, ermittelt, daß eine Leckage des viskosen Fluids aus der Vorrichtung auftritt, wenn die Vorrich­ tung unter einer vorgegebenen schweren Betriebsbedin­ gung, wie beispielsweise einer hohen Geschwindigkeit und langen Betriebsdauer, betrieben wird. Die Wärmeer­ zeugungs-Vorrichtung gemäß der JP-A-'110 zielt darauf ab, einen einfacheren Aufbau derselben zu erreichen, wobei das viskose Fluid in der Wärmeerzeugungskammer bis zu einem Füllgrad von 100% hinzugegeben wird. Deshalb wird eine thermische Ausdehnung des viskosen Fluids in der Wärmeerzeugungskammer aufgrund der Wärme­ erzeugung durch eine dehnbare, elastische Membran, die auch als ein Wellenabdichtungselement wirkt, und durch eine Ausgleichskammer, die zwischen dem Wellenabdich­ tungselement und einer Lageranordnung zur drehbaren La­ gerung der Antriebswelle angeordnet ist, aufgenommen. Daher tritt, wenn die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung mit der Nenndrehgeschwindigkeit der Antriebswelle über ei­ nen relativ kurzen Zeitraum betrieben wird, keine Leckage des viskosen Fluids auf. Trotzdem kann, wenn die Vorrichtung mit einer sehr hohen Drehgeschwindig­ keit der Antriebswelle betrieben wird, oder wenn die Vorrichtung mit der Nenndrehgeschwindigkeit der An­ triebswelle über einen langen Zeitraum hinweg betrieben wird, die thermische Ausdehnung des viskosen Fluids nicht durch die elastische Verformung der elastischen Membran und durch eine Verringerung des Volumens der Ausgleichskammer aufgenommen werden, was eine Leckage des viskosen Fluids bewirkt. Da die Leckage des visko­ sen Fluids die Menge des in der Wärmeerzeugungskammer enthaltenen viskosen Fluids verringert, muß unter Zer­ legen der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung, die z. B. in ei­ nem Motorraum eines Fahrzeugs eingebaut ist, viskoses Fluid der Wärmeerzeugungskammer zugeführt werden. Fer­ ner bewirkt das viskose Fluid, das allmählich aus der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung austritt, eine Verschmut­ zung oder Kontamination des Motorraumes.

Ferner ist bei der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gemäß der JP-A-'110 die Wärmeerzeugungskammer vollständig mit dem viskosen Fluid gefüllt, d. h. der Füllgrad des vis­ kosen Fluids für die Wärmeerzeugungskammer beträgt etwa 100%. Deshalb ist das Anlaufdrehmoment, um die Drehung der Antriebswelle und des Rotorelementes zu starten, sehr groß. Folglich treten beim Starten des Fahrzeugmo­ tors verschiedene Probleme auf, darunter das Versagen des Anlassers des Motors aufgrund der übermäßigen Bela­ stung des Anlassers und das Auftreten eines Schlupfes zwischen der elektromagnetischen Kupplung und dem Rie­ men der Riemenscheibe. Auch bewirkt das Starten der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung während der Fahrt des Fahr­ zeugs beim Fahrer ein unschönes Gefühl, das durch den Anlauf-Schock der Vorrichtung verursacht wird.

Das US-Patent Nr. 4,974,778 und die entsprechende deut­ sche Offenlegungsschrift DE 38 32 966 A1 offenbaren ei­ ne Wärmeerzeugungs-Vorrichtung vom Viskosfluid-Typ, welche mit einem Gehäuse versehen ist, in dem eine Wär­ meerzeugungskammer und eine Fluidversorgungskammer, die mit der Wärmeerzeugungskammer über eine Fluid-Zufuhr­ leitung und eine Fluid-Rückfuhrleitung verbunden ist, vorgesehen sind. Die Wärmeerzeugungs- und die Fluidver­ sorgungskammer sind mit einem viskosen Fluid und einer vorgegebenen Menge Luft gefüllt. Das viskose Fluid kann von der Fluidversorgungskammer der Wärmeerzeugungskam­ mer zugeführt und auch von der Wärmeerzeugungskammer in die Fluidversorgungskammer zurückgeführt werden. Folg­ lich kann die Degradation oder qualitative Verschlech­ terung des viskosen Fluids verhindert werden.

Ferner kann bei der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gemäß dem US-Patent Nr. 4,974,778 die Menge des viskosen Fluids, die in der Vorrichtung enthalten ist, beim Start des Betriebes derselben verringert werden, und folglich kann das zum Starten der Wärmeerzeugungs- Vorrichtung erforderliche Anlaufdrehmoment verringert werden.

Dennoch wurde gemäß einem durch die Anmelderin durchge­ führten Experiment mit der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gemäß dem US-Patent Nr. '778 bestätigt, daß die Vor­ richtung eine Leckage von viskosem Fluid aus der Vor­ richtung heraus ermöglicht, wenn die Vorrichtung unter einer schweren Betriebsbedingung betrieben wird, d. h. bei einem kontinuierlichen Hochgeschwindigkeits- Betriebszustand. Bei der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung sind nämlich die Fluid-Zufuhrleitung und die Fluid- Rückfuhrleitung getrennt voneinander in einer Trennwand zwischen der Wärmeerzeugungskammer und der Fluidversor­ gungskammer ausgebildet. Deshalb stehen die Wärmeerzeu­ gungskammer und die Fluidversorgungskammer nur über die Fluid-Zufuhrleitung und die Fluid-Rückfuhrleitung mit­ einander in Verbindung. Die Fluid-Zufuhrleitung wird üblicherweise mit einem Verschlußelement verschlossen, und die Fluid-Rückfuhrleitung wird beständig offen ge­ halten. Folglich wirkt die Fluid-Rückfuhrleitung als eine drosselnde Öffnung, die sich von der Wärmeerzeu­ gungskammer in Richtung der Fluidversorgungskammer öff­ net. Im Ergebnis steigt das Druckniveau in der Wärmeer­ zeugungskammer während eines kontinuierlichen Hochge­ schwindigkeits-Betriebszustandes und bewirkt eine Leckage des viskosen Fluids aus der Wärmeerzeugungskam­ mer.

Die ungeprüfte japanische Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2-246 823 und die entsprechende US-Patent- Veröffenlichung Nr. 4,993,377 offenbaren einen Wärmege­ nerator vom Viskosfluid-Typ für ein Fahrzeug, der mit einem Gehäuse versehen ist, in welchem eine Wärmeerzeu­ gungskammer so ausgebildet ist, daß sie in Fluidverbin­ dung mit einem leeren Raum steht, welcher benachbart zu einem innersten Ende einer Antriebswelle angeordnet ist, auf der ein Rotorelement so angeordnet ist, daß es gemeinsam mit der Antriebswelle gedreht wird. Die Wär­ meerzeugungskammer und der leere Raum können mit visko­ sem Fluid gefüllt sein. Falls der leere Raum mit einer vorgegebenen Menge an Luft gefüllt ist, kann eine ther­ mische Ausdehnung des viskosen Fluids in der Wärmeer­ zeugungskammer durch eine Volumenreduzierung der Luft im leeren Raum, der in Fluidverbindung mit der Wärmeer­ zeugungskammer steht, aufgenommen werden. Deshalb kann eine Leckage des viskosen Fluids aus dem Wärmegenerator verhindert werden.

Der Wärmegenerator gemäß der JP-A-'823 ist mit sich koaxial erstreckenden Labyrinth-Vertiefungen versehen, die durch ein Zusammenwirken zwischen axialen Vorsprün­ gen einer inneren Wandfläche der Wärmeerzeugungskammer und damit abwechselnden axialen Vorsprüngen der äußeren Flächen des Rotorelementes gebildet werden. Die Laby­ rinth-Vertiefungen hindern das in der Wärmeerzeugungs­ kammer enthaltene viskose Fluid daran, in der Wärmeerzeugungskammer zu zirkulieren. Folglich müssen während des kontinuierlichen Gebrauchs des Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ die physikalischen und chemischen Ei­ genschaften des viskosen Fluids degradiert oder ver­ schlechtert werden.

Aus der internationalen Offenlegungsschrift WO 97/08000 sowie der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 787 608 A1 ist bereits eine Wärmeerzeugungs-Vorrichtung mit ei­ ner Arbeitskammer bekannt, die einen Wärmeerzeugungsbe­ reich und einen Fluid-Speicherbereich umfaßt. Innerhalb des Wärmeerzeugungsbereichs wird das viskose Fluid ei­ ner Scherwirkung unterworfen, und im Fluid-Speicher­ bereich kann viskoses Fluid gespeichert werden. Hierbei steht der Fluid-Speicherbereich über eine Öffnung mit dem Wärmeerzeugungsbereich in Strömungsverbindung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile zu vermeiden, die bei den herkömmlichen Wärmegeneratoren vom Viskosfluid-Typ auftreten, wie sie in den oben genannten drei Veröffentlichungen offenbart sind.

Außerdem soll eine Wärmeerzeugungs-Vorrichtung zur Ver­ fügung gestellt werden, die dazu in der Lage ist, die Degradation oder qualitative Verschlechterung des vis­ kosen Fluids zu verhindern, das zur Aufnahme des Be­ triebs der Vorrichtung erforderliche Anlaufdrehmoment zu verringern und eine Leckage von viskosem Fluid aus der Vorrichtung zu vermeiden, selbst wenn sie unter ei­ ner sehr schwierigen Betriebsbedingung betrieben wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Wärmeer­ zeugungs-Vorrichtung gelöst, die folgendes umfaßt:
eine Gehäuseanordnung mit einer Arbeitskammer zur Er­ zeugung von Wärme und einer Wärmeaufnahmekammer, welche benachbart zu der Arbeitskammer angeordnet ist und wel­ che einem Wärmetauschfluid ermöglicht, durch sie hin­ durch zu fließen;
eine Antriebswelle mit äußeren und inneren, von einan­ der abgewandten Enden, welche in der Gehäuseanordnung mittels einer Lageranordnung drehbar gelagert ist;
ein Rotorelement, welches an der Antriebswelle so ange­ bracht ist, daß es in der Arbeitskammer drehbar ist, und welches äußere Flächen aufweist; und
ein viskoses Fluid und eine vorgegebene Menge an Luft, welche in die Arbeitskammer eingefüllt sind;
wobei die Arbeitskammer in sich folgendes definiert:
einen Wärmeerzeugungsbereich, der einen Wärmeerzeu­ gungsspalt umfaßt, welcher zwischen den äußeren Flächen des Rotorelementes und einer inneren Wandfläche der Ar­ beitskammer ausgebildet ist, um Wärme zu erzeugen, wenn durch die Drehung des Rotorelementes das viskose Fluid einer Scherwirkung in dem Wärmeerzeugungsspalt unter­ worfen wird, und
einen Fluid-Speicherbereich, der den Rest der Arbeits­ kammer bildet und der eine vorgegebene Menge des visko­ sen Fluids speichert, dessen Volumen größer ist als dasjenige des Wärmeerzeugungsspaltes, wobei der Fluid- Speicherbereich so angeordnet ist, daß es dem viskosen Fluid möglich ist, sich vom Wärmeerzeugungsbereich aus dorthin zu bewegen und umgekehrt,
und wobei die Arbeitskammer eine Trennwand aufweist, die zwischen dem Wärmeerzeugungsbereich und dem Fluid- Speicherbereich angeordnet ist, und die Trennwand mit einer Öffnung versehen ist, die eine ausreichend große Abmessung aufweist, um eine Verbindung zwischen dem Wärmeerzeugungsbereich und dem Fluid-Speicherbereich oberhalb des Pegels des in dem Fluid-Speicherbereich gespeicherten viskosen Fluids zur Verfügung zu stellen,
und wobei die Trennwand mit einem Kantenbereich verse­ hen ist, der entgegengesetzt zur Drehrichtung des Ro­ torelementes ausgebildet ist, und einen Gas-Phasen- Verbindungsbereich umfaßt, der durch den Kantenbereich definiert wird und der in einem Gas-Phasen-Bereich im Fluid-Speicherbereich angeordnet ist, sowie einen Flüs­ sigkeits-Phasen-Verbindungsbereich, der in einem Flüs­ sigkeits-Phasen-Bereich im Fluid-Speicherbereich ange­ ordnet ist, und einen Flüssigkeits-Versorgungsbereich aufweist, der so angeordnet ist, daß er in den Flüssig­ keits-Phasen-Verbindungsbereich integriert ist, und der durch den Kantenbereich definiert wird, um sich in eine Richtung zu erstrecken, die der Drehrichtung des Rotor­ elementes entspricht, wobei der Flüssigkeits-Versorgungsbereich im untersten Bereich des Fluid-Speicher­ bereichs angeordnet ist.

Bei der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gemäß der vorlie­ genden Erfindung ist es dem viskosen Fluid erlaubt, während der Drehung der Antriebswelle eine Zirkula­ tionsbewegung durch den Wärmeerzeugungsbereich und den Fluid-Speicherbereich durchzuführen, und deshalb wird kein bestimmter Teil des viskosen Fluids durch die Dre­ hung des Rotorelementes der Scherwirkung in dem Wärme­ erzeugungsbereich unterworfen. Da nämlich ein Teil des viskosen Fluids, der in dem Wärmeerzeugungsbereich der Arbeitskammer enthalten ist, ständig durch einen ande­ ren Teil des viskosen Fluids ersetzt wird, kann eine frühe Degradation oder qualitative Verschlechterung des viskosen Fluids in dem Wärmeerzeugungsbereich verhin­ dert werden. Deshalb bleibt die Viskosität des viskosen Fluids, das in die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gefüllt ist, über eine lange Betriebsdauer unverändert, d. h. das in die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung eingefüllte vis­ kose Fluid ist über eine lange Betriebsdauer der Wärme­ erzeugungs-Vorrichtung beständig und haltbar und muß nicht durch frisches viskoses Fluid ersetzt werden. Im Ergebnis ist, wenn die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung ein­ mal in ein Fahrzeug eingebaut ist, kein Auseinanderbau­ en der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung erforderlich. Folg­ lich ist die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gemäß der vor­ liegenden Erfindung aus dem Gesichtspunkt einer einfa­ chen Instandhaltung oder Wartung wünschenswert.

Ferner wird bei der oben beschriebenen Wärmeerzeugungs- Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Ar­ beitskammer, die den Wärmeerzeugungsbereich und den Fluid-Speicherbereich umfaßt, zusammen mit dem viskosen Fluid mit einer vorgegebenen Menge an Luft gefüllt. So kann während des Wärmeerzeugungsvorgangs die thermische Ausdehnung des im Wärmeerzeugungsbereich enthaltenen viskosen Fluids durch eine Verringerung des Volumens der im Fluid-Speicherbereich der Arbeitskammer enthal­ tenen Luft aufgenommen werden. Ferner tritt, da der Wärmeerzeugungsbereich und der Fluid-Speicherbereich der Arbeitskammer in ständiger Fluidverbindung mitein­ ander stehen und da es keine drosselnde Öffnung zwi­ schen den beiden Bereichen gibt, kein übermäßiger Druckanstieg in der Arbeitskammer auf, selbst wenn die Antriebswelle und das Rotorelement in der Arbeitskammer entweder mit einer sehr hohen Drehgeschwindigkeit oder mit einer normalen Drehgeschwindigkeit, aber über einen sehr langen Zeitraum hinweg, gedreht werden. Deshalb wurde experimentell bestätigt, daß keine Leckage des viskosen Fluids aus der Arbeitskammer der Vorrichtung auftritt, selbst wenn die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung unter einer sehr schwierigen Betriebsbedingung betrie­ ben wird. Davon ausgehend wurde ebenfalls bestätigt, daß keine Verringerung der Menge an in der Arbeitskam­ mer der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung enthaltenem visko­ sen Fluid während einer langen Betriebsdauer derselben auftritt. Folglich kann eine Verschmutzung oder Kon­ tamination eines Einbauraumes der Wärmeerzeugungs-Vor­ richtung (z. B. ein Fahrzeug-Motorraum) verhindert wer­ den. Zusätzlich muß die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung über eine lange Betriebsdauer derselben hinweg nicht zerlegt werden.

Da die Menge des im Wärmeerzeugungsbereich enthaltenen viskosen Fluids zum Zeitpunkt der Aufnahme des Betrie­ bes der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung verringert sein kann, ist es möglich, das Anlaufdrehmoment zu verrin­ gern, das zum Starten der Drehung der Antriebswelle und des Rotorelementes nötig ist. Deshalb kann die Bela­ stung des Fahrzeugmotors derart verringert werden, daß das Fahrzeug, in das die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung eingebaut ist, nicht nachteilig durch die Vorrichtung beeinflußt wird. Deshalb kann die Wärmeerzeugungs-Vor­ richtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verhin­ derung der Degradation oder qualitativen Verschlechte­ rung des viskosen Fluids, eine Verringerung des Anlauf­ drehmoments der Vorrichtung und eine Verhinderung einer Leckage des viskosen Fluids erreichen, selbst unter sehr schwierigen Betriebsbedingungen der Vorrichtung, wie beispielsweise ein Betrieb mit sehr hoher Drehge­ schwindigkeit oder ein Dauerbetriebszustand.

Die Trennwand, welche die zwischen dem Wärmeerzeugungs­ bereich und dem Fluid-Speicherbereich angeordnete Öff­ nung aufweist, fördert die Zirkulationsbewegung des viskosen Fluids durch den Wärmeerzeugungsbereich und den Fluid-Speicherbereich.

Der Gas-Phasen-Verbindungsbereich der Öffnung der Trennwand kann direkt eine thermische Ausdehnung des viskosen Fluids in dem Wärmeerzeugungsbereich aufnehmen. Der Kantenbereich der Trennwand dient zur Führung des viskosen Fluids im Fluid-Speicherbereich zum Flüs­ sigkeits-Versorgungsbereich hin als Reaktion auf die Drehung des Rotorelementes. Der Flüssigkeits- Versorgungsbereich dient der Versorgung des Wärmeerzeu­ gungsbereichs der Arbeitskammer mit viskosem Fluid.

Vorzugsweise ist die Trennwand mit einem in ihr ausge­ bildeten Fluid-Sammelkanal versehen, um das viskose Fluid von einem Umfangsbereich des Wärmeerzeugungsbe­ reichs zu der Öffnung zu leiten. Dann wird es dem durch den Fluid-Sammelkanal geleiteten viskosen Fluid ermög­ licht, in den Fluid-Speicherbereich überzutreten, so daß eine schnelle Zirkulationsbewegung des viskosen Fluids zwischen der Öffnung und dem Fluid-Versorgungs­ bereich auftritt.

Alternativ kann der Fluid-Sammelkanal der Trennwand in Verbindung mit dem Gas-Phasen-Verbindungsbereich der Öffnung der Trennwand stehen. Dann kann eine große Men­ ge an viskosem Fluid von dem Umfangsbereich des Wärme­ erzeugungsbereichs zu der Öffnung geleitet werden, so daß das Sammeln des viskosen Fluids aus dem Wärmeerzeu­ gungsbereich in den Fluid-Sammelbereich hinein entspre­ chend erreicht wird. So wird die Degradation oder qua­ litative Verschlechterung des viskosen Fluids effektiv verhindert.

Der Fluid-Sammelkanal kann mit dem Flüssigkeits-Phasen- Verbindungsbereich der Öffnung der Trennwand in Verbin­ dung stehen. Dann kann nur eine geringe Menge an viskosem Fluid von dem Umfangsbereich des Wärmeerzeugungsbe­ reichs zu der Öffnung geleitet werden, so daß das Sam­ meln des viskosen Fluids in den Fluid-Speicherbereich der Arbeitskammer hinein unterdrückt wird. So kann die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung schnell Wärme zum Zeitpunkt der Aufnahme des Betriebes der Vorrichtung erzeugen.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem durch eine Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gelöst, die folgendes um­ faßt:
eine Gehäuseanordnung, mit einer Arbeitskammer zur Er­ zeugung von Wärme und einer Wärmeaufnahmekammer, welche benachbart zu der Arbeitskammer angeordnet ist und wel­ che einem Wärmetauschfluid ermöglicht, durch sie hin­ durch zu fließen;
eine Antriebswelle mit äußeren und inneren, voneinander abgewandten Enden, welche in der Gehäuseanordnung mit­ tels einer Lageranordnung drehbar gelagert ist;
ein Rotorelement, welches an der Antriebswelle so ange­ bracht ist, daß es in der Arbeitskammer drehbar ist, und welches äußere Flächen aufweist; und
ein viskoses Fluid und eine vorgegebene Menge an Luft, welche in die Arbeitskammer eingefüllt sind;
wobei die Arbeitskammer in sich folgendes definiert:
einen Wärmeerzeugungsbereich, der einen Wärmeerzeu­ gungsspalt umfaßt, welcher zwischen den äußeren Flächen des Rotorelementes und einer inneren Wandfläche der Ar­ beitskammer ausgebildet ist, um Wärme zu erzeugen, wenn durch die Drehung des Rotorelementes das viskose Fluid einer Scherwirkung in dem Wärmeerzeugungsspalt unter­ worfen wird, und
einen Fluid-Speicherbereich, der den Rest der Arbeits­ kammer bildet und der eine vorgegebene Menge des visko­ sen Fluids speichert, dessen Volumen größer ist als dasjenige des Wärmeerzeugungsspaltes, wobei der Fluid- Speicherbereich so angeordnet ist, daß es dem viskosen Fluid möglich ist, sich von dort zum Wärmeerzeugungs­ bereich hin zu bewegen und umgekehrt,
wobei das Rotorelement mit einem vertieften Bereich, der an einem zentralen Bereich ausgebildet ist, und mit einem Flanschbereich versehen ist, der sich in radialer Richtung von dem vertieften Bereich aus erstreckt, wo­ bei der vertiefte Bereich des Rotorelementes mit der Gehäuseanordnung zusammenwirkt, um den Fluid-Speicher­ bereich der Arbeitskammer zu definieren, und wobei der Flanschbereich mit der Gehäuseanordnung zusammenwirkt, um den Wärmeerzeugungsbereich zu definieren, welcher in Verbindung steht mit dem Fluid-Speicherbereich über Verbindungslöcher, die durch einen äußeren Bereich des vertieften Bereichs oder des Rotorelementes gebohrt sind.

Bei einer derartigen Ausgestaltung ist der Fluid-Spei­ cherbereich der Arbeitskammer in einem Bereich angeord­ net, der einer vertieften Fläche des Rotorelementes so gegenüberliegt, daß das im Fluid-Speicherbereich ent­ haltene viskose Fluid durch eine Zentrifugalkraft, die durch die Drehung des Rotorelementes hervorgerufen wird, erzwungenermaßen in den vertieften Bereich des Rotorelementes bewegt wird. Das in den vertieften Be­ reich des Rotorelementes bewegte viskose Fluid wird weiter durch die Zentrifugalkraft über die Verbindungs­ löcher in den Wärmeerzeugungsbereich bewegt, der einer der vertieften Fläche des Rotorelementes abgewandten Fläche desselben gegenüberliegt. So können die Verbin­ dungslöcher als Fluid-Versorgungsleitungsmittel von dem Fluid-Speicherbereich zu dem Wärmeerzeugungsbereich dienen.

Wenn das viskose Fluid von dem Fluid-Speicherbereich über die oben genannten Verbindungslöcher dem Wärmeer­ zeugungsbereich zugeführt wird, dann drückt das zuge­ führte viskose Fluid auf das in dem Wärmeerzeugungsbereich bereits enthaltene viskose Fluid derart, daß das letztgenannte viskose Fluid unter Zwang aus dem Wärme­ erzeugungsspalt zwischen der inneren Wandfläche der Ar­ beitskammer und den äußeren Flächen des Rotorelementes in Richtung des Fluid-Speicherbereichs bewegt wird. So dient der Wärmeerzeugungsspalt an sich als ein Fluid- Sammel- oder Fluid-Rückfuhrleitungsmittel vom Wärmeer­ zeugungsbereich aus in Richtung des Fluid-Speicherbe­ reichs. Deshalb wird zwangsläufig eine effektive Zirku­ lationsbewegung des viskosen Fluids in der Arbeitskam­ mer der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung verursacht, um die Lebensdauer des viskosen Fluids zu verlängern. Die De­ gradation oder qualitative Verschlechterung des visko­ sen Fluids wird nämlich verhindert.

Vorzugsweise ist die Arbeitskammer mit einem in ihr ausgebildeten vertieften Bereich versehen, um den Fluid-Speicherbereich derart zu vergrößern, daß das Vo­ lumen des Fluid-Speicherbereichs vergrößert werden kann. So wird die oben genannte, effektive Zirkulati­ onsbewegung des viskosen Fluids weiter gefördert.

Bei der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gemäß der vorlie­ genden Erfindung sollte die Arbeitskammer vorzugsweise mit einem Führungsmittel versehen sein, wie beispiels­ weise einem Kanal, der in einen Teil der inneren Wand­ fläche der Arbeitskammer vertieft ist, so daß das Füh­ rungsmittel das viskose Fluid von dem Wärmeerzeugungs­ bereich zu einem äußeren Umfang des Wärmeerzeugungsbe­ reichs leitet. Dann kann das viskose Fluid aus dem Wär­ meerzeugungsbereich dem äußeren Umfangsbereich desselben zugeführt werden, wo eine aktive Wärmeerzeugung des viskosen Fluids aufgrund der Scherwirkung erfolgt. So kann eine aktive Zirkulationsbewegung des viskosen Fluids zwischen dem Fluid-Speicherbereich und dem äuße­ ren Umfang des Wärmeerzeugungsbereichs bewirkt werden, so daß die thermische Degradation oder Verschlechterung des viskosen Fluids verhindert wird. Ferner kann die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung schnell Wärme bei der Auf­ nahme des Betriebes der Vorrichtung erzeugen.

Bei der herkömmlichen Wärmeerzeugungs-Vorrichtung, wie sie in dem US-Patent Nr. '778 (DE 38 32 966 A1) offen­ bart ist, hat das viskose Fluid, direkt nachdem es von der Wärmeerzeugungskammer in die Fluid-Speicherkammer geleitet worden ist, eine beachtlich hohe Temperatur verglichen mit dem anderen viskosen Fluid mit geringer Temperatur, das bereits in der Fluid-Speicherkammer enthalten ist. Folglich gibt es eine große Temperatur­ differenz zwischen dem erst- und dem letztgenannten viskosen Fluid in der gleichen Fluid-Speicherkammer. Offensichtlich hat das viskose Fluid mit geringer Tem­ peratur eine verringerte Fießfähigkeit verglichen mit dem viskosen Fluid mit hoher Temperatur. Folglich zeigt das in der Fluid-Speicherkammer enthaltene viskose Fluid unterschiedliche physikalische Eigenschaften in Abhängigkeit von dem Ort, an dem sich der Teil des vis­ kosen Fluids in der Fluid-Speicherkammer befindet.

Im Gegensatz dazu ist bei der Wärmeerzeugungs-Vor­ richtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Fluid- Speicherbereich in der Arbeitskammer angeordnet, und folglich wird das viskose Fluid in dem Fluid-Speicher­ bereich durch die Drehung des sich in der Arbeitskammer drehenden Rotorelementes verwirbelt. Deshalb sind alle Teile des viskosen Fluids in dem Fluid-Speicherbereich auf geeignete Weise verwirbelt und miteinander ver­ mischt, so daß sie homogene physikalische Eigenschaften zeigen, d. h. das viskose Fluid in dem Fluid-Speicher­ bereich weist etwa die gleiche Temperatur und gleiche Viskosität auf. Deshalb werden alle Teile des viskosen Fluids in dem Fluid-Speicherbereich beständig und kon­ tinuierlich dem Wärmeerzeugungsbereich zur Wärmeerzeu­ gung zugeführt. So kann eine lange Lebensdauer des vis­ kosen Fluids durch die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung ge­ mäß der vorliegenden Erfindung sichergestellt werden.

Vorzugsweise ist das Rotorelement mit einem Rühr- oder Verwirbelungsmittel versehen, um einen Rühr- oder Ver­ wirbelungseffekt für das viskose Fluid in dem Fluid- Speicherbereich der Arbeitskammer zu bewirken. So ver­ wirbelt das Rühr- oder Verwirbelungsmittel zwangsläufig das viskose Fluid in dem Fluid-Speicherbereich der Ar­ beitskammer, und folglich können die zuvor genannten verschiedenen Vorteile der vorliegenden Erfindung si­ cher erreicht werden.

Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Be­ schreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorlie­ genden Erfindung und unter Bezugnahme auf die beilie­ genden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Wärmeerzeugungs- Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Endansicht auf ein hinteres Plattenele­ ment der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung von Fig. 1, den Aufbau desselben illustrierend;

Fig. 3 eine Endansicht auf ein in die Wärmeerzeu­ gungs-Vorrichtung von Fig. 1 eingebautes Ro­ torelement, den Aufbau desselben illustrie­ rend;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, die den Druck, der in dem Wärmeerzeugungsbereich der Wärme­ erzeugungs-Vorrichtung gemäß dem ersten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorherrscht, und die Drücke, die in den Wär­ meerzeugungskammern von zwei Vergleichsbei­ spielen von Wärmegeneratoren vom Viskos­ fluid-Typ vorherrschen, verdeutlicht;

Fig. 5 eine Endansicht auf ein in ein zweites Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingbautes hinteres Plattenelement, den Auf­ bau desselben illustrierend;

Fig. 6 einen Längsschnitt einer Wärmeerzeugungs- Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung, einen inneren Zustand der Vorrichtung vor der Auf­ nahme des Betriebes derselben illustrierend;

Fig. 7 eine Endansicht auf ein in das dritte Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingebautes hinteres Plattenelement, den Aufbau desselben illustrierend;

Fig. 8 einen Längsschnitt eines wichtigen Bereichs der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, einen inneren Zustand der Vorrichtung nach der Aufnahme des Betriebes derselben illustrierend; und

Fig. 9 einen Längsschnitt einer Wärmeerzeugungs- Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung, einen inneren Zustand der Vorrichtung vor der Auf­ nahme des Betriebes derselben illustrierend.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Wärmeerzeugungs-Vorrich­ tung dargestellt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, d. h. ein Wärmegenerator VH vom Viskosfluid-Typ mit einer Gehäuseanordnung, die ein vorderes Gehäuse 1, ein vorderes Plattenelement 2, ein ungefähr ringförmiges hinteres Plattenelement 3 und ein hinteres Gehäuse 4 umfaßt, welche über eine Mehrzahl von Schrauben oder Schraubbolzen 5 miteinander verbun­ den sind und bei denen O-Ringe (Dichtelemente) zwischen zwei jeweils benachbarte Bauteile eingelegt sind. Das vordere Plattenelement 2 ist mit einer kreisförmigen Vertiefung versehen, die in eine hintere Fläche (rechte Seitenfläche in Fig. 1) desselben eingeformt ist, und die kreisförmige Vertiefung des vorderen Plattenelemen­ tes 2 liegt einer vorderen Fläche (linke Seitenfläche in Fig. 1) des hinteren Plattenelementes 3 gegenüber, um einen Wärmeerzeugungsbereich 6 dazwischen zu defi­ nieren.

Das hintere Plattenelement 3 wirkt mit dem hinteren Ge­ häuse 4 so zusammen, daß dazwischen ein Fluid-Speicher­ bereich SR definiert wird. Der Wärmeerzeugungsbereich 6 und der Fluid-Speicherbereich SR bilden eine Arbeits­ kammer des Wärmegenerators VH.

Das vordere Plattenelement 2 ist mit einer Mehrzahl von sich kreisbogenförmig erstreckenden Rippen 2a versehen, die koaxial zueinander angeordnet sind. Die Rippen 2a springen von einem Basisbereich des vorderen Plat­ tenelementes 2 aus nach vorne vor und wirken mit dem vorderen Gehäuse 1 so zusammen, daß sie eine vordere Wärmeaufnahmekammer oder einen vorderen Wassermantel FW definieren.

Das hintere Plattenelement 3 ist mit einer Mehrzahl von sich kreisbogenförmig erstreckenden Rippen 3a versehen, die koaxial zueinander angeordnet sind und die von ei­ nem Basisbereich des hinteren Plattenelementes 3 aus nach hinten vorspringen. Die Rippen 3a des hinteren Plattenelementes 3 wirken mit einer inneren Fläche des hinteren Gehäuses 4 so zusammen, daß sie eine hintere Wärmeaufnahmekammer oder einen hinteren Wassermantel RW definieren. Die vordere und hintere Wärmeaufnahmekammer FW bzw. RW erlauben einem Wärmetauschfluid, wie bei­ spielsweise einem Kühlwasser eines Fahrzeugmotors, durch sie hindurch zu fließen, wobei dieses mit den vorderen und hinteren Rippen 2a bzw. 3a in Berührung kommt. Das Wärmetauschfluid nimmt Wärme auf, die von dem Wärmeerzeugungsbereich 6 über das vordere Plat­ tenelement 2 und das hintere Plattenelement 3 abgegeben wird. Die vorderen und hinteren Rippen 2a bzw. 3a be­ wirken, daß der wärmeabgebende Bereich des vorderen Plattenelementes 2 bzw. des hinteren Plattenelementes 3 vergrößert wird.

Das vordere Plattenelement 2 ist mit einer zentralen Bohrung versehen, um eine Lageranordnung 7 mit inte­ griertem Wellenabdichtungselement aufzunehmen, welche eine Antriebswelle 8 drehbar lagert. Alternativ können ein Wellenabdichtungselement und eine Lageranordnung getrennt voneinander in der zentralen Bohrung des vor­ deren Plattenelementes 2 aufgenommen sein, um die An­ triebswelle 8 drehbar zu lagern.

Die Antriebswelle 8 weist ein äußeres Ende auf, das sich von der Lageranordnung 7 nach außen erstreckt, um eine Antriebskraft von einer nachfolgend beschriebenen externen Antriebsquelle aufzunehmen, sowie ein inneres Ende, das sich in Richtung des Wärmeerzeugungsbereichs 6 der Arbeitskammer erstreckt. Das innere Ende der An­ triebswelle 8 trägt derart ein Rotorelement 9, daß die­ ses gemeinsam mit der Antriebswelle 8 drehbar ist. Das Rotorelement 9 ist nämlich auf das innere Ende der Antriebswelle 8 aufgepreßt und innerhalb des Wärmeerzeu­ gungsbereichs 6 angeordnet. Das als kreisförmige Schei­ be ausgebildete Rotorelement 9 ist mit von einander ab­ gewandten, kreisförmigen, äußeren Flächen und mit einer Umfangsfläche zwischen den kreisförmigen Flächen verse­ hen und definiert fluidgefüllte Spalte zwischen den äu­ ßeren Flächen und dem vorderen Plattenelement 2 bzw. dem hinteren Plattenelement 3.

Die Fluid-Speicherkammer SR ist so ausgebildet, daß sie in der Lage ist, eine vorgegebene Menge eines viskosen Fluids, d. h. eines Silikonöls "SO", in sich aufzuneh­ men. Die vorgegebene Menge an Silikonöl wird so be­ stimmt, daß das aufgenommene Silikonöl ein größeres Vo­ lumen einnimmt als das Volumen der oben genannten fluidgefüllten Spalte des Wärmeerzeugungsbereichs 6. Der Füllgrad des Silikonöls in den fluidgefüllten Spal­ ten zwischen dem vorderen Plattenelement 2, dem hinte­ ren Plattenelement 3 und den äußeren Flächen des Roto­ relementes 9 sowie in der Fluid-Speicherkammer SR wird als im wesentlichen 70% vorgegeben, bezogen auf das ge­ samte Volumen der fluidgefüllten Spalte und der Fluid- Speicherkammer SR. Die restlichen 30% des gesamten Vo­ lumens der fluidgefüllten Spalte und der Fluid-Spei­ cherkammer SR werden von Luft eingenommen.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist das Rotorelement 9 in der Form einer kreisförmigen Scheibe mit einer Mehr­ zahl von Führungskanälen 9a versehen, die auf den bei­ den äußeren Flächen ausgebildet sind und die sich im wesentlichen in radialer Richtung erstrecken, aber geneigt sind in eine Richtung entgegen der Drehrichtung "R" des Rotorelementes 9. Jeder der Führungskanäle 9a auf jeder der äußeren Flächen weist einen inneren, nicht durchbrochenen Bereich, der im radial inneren Be­ reich des Rotorelementes 9 angeordnet ist, und einen äußeren, durchbrochenen Bereich auf, der im radial äu­ ßeren Bereich des Rotorelementes 9 angeordnet ist. Die­ se Führungskanäle 9a des Rotorelementes 9 sind dazu vorgesehen, eine auf das Silikonöl wirkende Scherwir­ kung zu vergrößern und das Silikonöl von dem Wärmeer­ zeugungsbereich 6 in Richtung des äußeren Bereichs zwi­ schen dem äußeren Umfang des Rotorelementes 9 und einem gegenüberliegenden, inneren, kreisförmigen Wandbereich der Arbeitskammer zu führen, wenn das Rotorelement 9 in der Richtung "R" im Wärmeerzeugungsbereich 6 gedreht wird.

Das Rotorelement 9 ist außerdem mit einer Mehrzahl von Verbindungslöchern 9b versehen, welche die Form von Durchgangsbohrungen aufweisen und die in einem zentra­ len Bereich des Rotorelementes 9 angeordnet sind. Die Verbindungslöcher 9b sind angeordnet, um eine Fluidver­ bindung zwischen dem vorderen und hinteren Bereich der Arbeitskammer, welche durch das Rotorelement 9 getrennt sind, zur Verfügung zu stellen. Die Verbindungslöcher 9b dienen ferner dazu, das Silikonöl in der Arbeitskam­ mer als Reaktion auf die Drehung des Rotorelementes 9 mit einem Verwirbelungs- oder Rühreffekt zu versehen.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist das hintere Plat­ tenelement 3 so angeordnet, daß es eine Trennwand zwischen dem Wärmeerzeugungsbereich 6 und dem Fluid- Speicherbereich SR der Arbeitskammer zur Verfügung stellt. Das hintere Plattenelement 3 ist nämlich in seinem zentralen Bereich mit einer Öffnung 3c versehen, die einen Bereich aufweist, der sich oberhalb des Pe­ gels des Silikonöls "SO" erstreckt, das in dem Fluid- Speicherbereich SR enthalten ist. Das hintere Plat­ tenelement 3 ist ferner in seinem zentralen Bereich mit einem Wandbereich 3k versehen, der einen mit einer rechtwinkligen Ecke versehenen, linearen Kantenbereich 3d aufweist. Der lineare Kantenbereich 3d definiert ei­ nen Bereich des Umfangs der Öffnung 3c. Die rechtwink­ lige Ecke des linearen Kantenbereichs 3d des Wandbe­ reichs 3k ist so angeordnet, daß sie einen Vorsprung bildet, welcher der Drehrichtung "R" des Rotorelementes 9 entgegen gerichtet ist.

Die Öffnung 3c des hinteren Plattenelementes 3 weist einen Gas-Phasen-Verbindungsbereich 3e, der in einem luftgefüllten Bereich des Fluid-Speicherbereichs SR an­ geordnet ist, und einen Flüssigkeits-Phasen-Verbin­ dungsbereich 3f auf, der in einem mit Silikonöl gefüll­ ten Bereich des Fluid-Speicherbereichs SR angeordnet ist. Die Öffnung 3c weist ferner einen Fluid-Versor­ gungsbereich 3g auf, der integriert mit dem Flüssig­ keits-Phasen-Verbindungsbereich 3f ausgebildet ist und der sich von dem Flüssigkeits-Phasen-Verbindungsbereich 3f in eine Richtung erstreckt, die der Drehrichtung "R" des Rotorelementes 9 entspricht. Der Fluid-Versorgungs­ bereich 3g der Öffnung 3c ist in dem untersten Bereich des Fluid-Speicherbereichs SR angeordnet. Dadurch sind der Wärmeerzeugungsbereich 6 und der Fluid-Speicher­ bereich SR der Arbeitskammer auf unterschiedlichen Sei­ ten des hinteren Plattenelementes 3 angeordnet und ste­ hen miteinander über die zentrale Öffnung 3c des hinte­ ren Plattenelementes 3 in Verbindung. Der Wandbereich 3k des hinteren Plattenelementes 3 dient dazu, das Si­ likonöl "SO" dazu zu zwingen, eine Zirkulationsbewegung durch den Wärmeerzeugungsbereich 6 und den Fluid-Spei­ cherbereich SR zu vollführen, wie es nachfolgend be­ schrieben ist.

Das hintere Plattenelement 3 ist ferner mit einem Fluid-Versorgungskanal 31 versehen, der sich von dem Fluid-Versorgungsbereich 3g der Öffnung 3c aus er­ streckt. Der Fluid-Versorgungskanal 31 ist in die Ober­ fläche des hinteren Plattenelementes 3 so vertieft, daß er eine nach unten geneigte Rinne bildet, durch die das Silikonöl aus dem Fluid-Speicherbereich SR vom Fluid- Versorgungsbereich 3g der Öffnung 3c aus in Richtung des äußeren Umfangsbereiches des Wärmeerzeugungsbe­ reichs 6 geleitet wird. Der Fluid-Versorgungskanal 31 erstreckt sich nämlich so vom Fluid-Versorgungsbereich 3g bis zum äußeren Bereich des hinteren Plattenelemen­ tes 3, daß das Silikonöl "SO" dazu gezwungen wird, als Reaktion auf die Drehung des Rotorelementes 9 in Rich­ tung "R" sich von dem Fluid-Versorgungsbereich 3g in Richtung des äußeren Umfangsbereiches des Wärmeerzeu­ gungsbereichs 6 zu bewegen.

Das hintere Plattenelement 3 ist außerdem mit einem Ka­ nal 3j versehen, der in der gleichen Oberfläche wie der oben genannte Fluid-Versorgungskanal 31 ausgebildet ist. Der Kanal 3j ist als nach oben geneigte Rinne aus­ gebildet, die sich von dem Flüssigkeits-Phasen-Verbin­ dungsbereich 3f der Öffnung 3c des hinteren Plattenele­ mentes 3 aus in Richtung des äußeren Bereichs des Wär­ meerzeugungsbereichs 6 der Arbeitskammer erstreckt und als Fluid-Sammelkanal zum Sammeln des Silikonöls "SO" aus dem äußeren Bereich des Wärmeerzeugungsbereichs 6 in den Flüssigkeits-Phasen-Verbindungsbereich 3f der Öffnung 3c im Fluid-Speicherbereich SR wirkt.

Das hintere Plattenelement 3 ist ferner mit einer Mehr­ zahl von radialen Kanälen 3h versehen, die in derjeni­ gen Fläche ausgebildet sind, die der Arbeitskammer ge­ genüberliegt. Die Kanäle 3h des hinteren Plattenelemen­ tes 3 sind vorgesehen, um die Scherwirkung, der das Si­ likonöl "SO" in dem Wärmeerzeugungsbereich 6 unterwor­ fen wird, zu erhöhen, wenn das Rotorelement 9 in der Arbeitskammer gedreht wird. Die radialen Kanäle 3h kön­ nen auch zu einer Vergrößerung des wärmeübertragenden Bereichs des hinteren Plattenelementes 3 beitragen, durch welchen während des Betriebes des Wärmegenerators VH vom Viskosfluid-Typ Wärme von der Arbeitskammer zu der hinteren Wärmeaufnahmekammer RW übertragen wird.

Obwohl nicht ausdrücklich dargestellt, ist das vordere Plattenelement 2 mit einer dem oben beschriebenen hin­ teren Plattenelement 3 ähnlichen Ausgestaltung verse­ hen, abgesehen von der Öffnung 3c. Eine innere Oberflä­ che des vorderen Plattenelementes 2, welche die Ar­ beitskammer definiert, weist nämlich einen Fluid-Versorgungskanal, einen Fluid-Sammelkanal und eine Mehr­ zahl von radialen, die Scherwirkung vergrößernde Kanäle auf.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Antriebswelle 8 des Wärmegenerators VH vom Viskosfluid-Typ so angeord­ net, daß sie mit einer externen Antriebsquelle über ei­ ne elektromagnetische Kupplung MC verbunden werden kann, welche sowohl an der Antriebswelle 8 als auch am vorderen Gehäuse 1 angebracht ist. Die elektromagneti­ sche Kupplung MC umfaßt eine Riemenscheibe 11, die drehbar an dem vorderen Gehäuse 1 des Wärmegenerators VH vom Viskosfluid-Typ über eine Lageranordnung 10 an­ gebracht ist, und eine im Inneren der Riemenscheibe 11 angeordnete Magnetspule 12. Die Magnetspule 12 ist elektrisch mit einer elektronischen Computereinheit ECU (nicht in Fig. 1 dargestellt) verbunden, um durch die Computereinheit ECU gesteuert zu werden.

Die Antriebswelle 8 des Wärmegenerators VH ist mit ei­ nem Nabenelement 14 versehen, das mittels einer Schraubverbindung durch einen Schraubbolzen 13 mit ihr verbunden ist, und das Nabenelement 14 ist mit einem Anker 16 über eine Mehrzahl von Blattfedern 15 verbun­ den. Die Riemenscheibe 11 steht mit der externen An­ triebsquelle, wie beispielsweise einem Fahrzeugmotor, über einen Riemen (nicht in Fig. 1 dargestellt) in Wirkverbindung, so daß die Riemenscheibe 11 durch die Antriebsquelle zu einer Drehbewegung angetrieben wird.

Die Beschreibung des Betriebes des oben beschriebenen Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ wird weiter unten erfolgen.

Wenn die Magnetspule 12 der elektromagnetischen Kupp­ lung MC unter Steuerung durch die elektronische Compu­ tereinheit ECU erregt wird, wird der Anker 16 magne­ tisch von der Riemenscheibe 11 angezogen, und folglich wird die Antriebswelle 8 zu einer Drehbewegung ange­ trieben. Deshalb dreht sich das Rotorelement 9 des Wär­ megenerators VH vom Viskosfluid-Typ in der Arbeitskam­ mer, um das Silikonöl "SO" in dem Wärmeerzeugungsbe­ reich 6 der Arbeitskammer einer Scherwirkung zu unter­ werfen. Infolgedessen erzeugt das Silikonöl in den Wär­ meerzeugungsspalten zwischen den inneren Wandflächen des vorderen Plattenelementes 2 bzw. des hinteren Plat­ tenelementes 3 und den äußeren Flächen des Rotorelemen­ tes 9 Wärme durch Reibung. Die erzeugte Wärme wird durch das vordere Plattenelement 2 und das hintere Plattenelement 3 hindurch geleitet und an das Wärme­ tauschfluid abgegeben, das durch die vordere und hinte­ re Wärmeaufnahmekammer (den vorderen und hinteren Was­ sermantel) FW bzw. RW fließt. So transportiert das Wär­ metauschfluid, das weiter durch den Motorkühlkreislauf des Fahrzeugs fließt, die Wärme zu einem Heizkern des Heizsystems des Fahrzeuges. Folglich wird die Wärme an den zu beheizenden Bereich, d. h. einen Fahrgastraum ei­ nes Fahrzeuges, abgegeben. Wenn der Fahrzeugmotor kalt ist, gibt das Wärmetauschfluid an den Motor Wärme ab, um diesen aufzuwärmen.

Während des Vorgangs der Wärmeerzeugung des Wärmegene­ rators VH vom Viskosfluid-Typ ist die Arbeitskammer einschließlich des Wärmeerzeugungsbereichs 6 und des Fluid-Speicherbereichs SR mit Silikonöl und Luft ge­ füllt. Wenn das Silikonöl "SO" in dem Wärmeerzeugungs­ bereich 6 sich thermisch ausdehnt, nimmt deshalb die Luft, die in dem Fluid-Speicherbereich SR enthalten ist, die thermische Ausdehnung des Silikonöls "SO" di­ rekt über den Gas-Phasen-Verbindungsbereich 3e der Öff­ nung 3c des hinteren Plattenelementes 3 auf.

Ferner leitet als Reaktion auf die Drehung des Rotore­ lementes 9 bei dem beschriebenen Wärmegenerator VH vom Viskosfluid-Typ die rechtwinklige Ecke des linearen Kantenbereichs 3d das Silikonöl "SO" vom Fluid-Spei­ cherbereich SR zum Fluid-Versorgungsbereich 3g der Öff­ nung 3c. Folglich versorgt als Reaktion auf die Drehung des Rotorelementes 9 der Fluid-Versorgungsbereich 3g den Wärmeerzeugungsbereich 6 mit Silikonöl "SO". So leitet der Fluid-Versorgungskanal 31 des hinteren Plat­ tenelementes 3 das Silikonöl, das aus dem Fluid- Speicherbereich SR transportiert wurde, in Richtung des äußeren Umfangsbereichs des Wärmeerzeugungsbereichs 6, wo die aktivste Wärmeerzeugung stattfindet. Deshalb tritt eine schnelle Zirkulationsbewegung des Silikonöls "SO" zwischen dem Fluid-Speicherbereich SR und dem Wär­ meerzeugungsbereich 6 auf.

Außerdem beginnt bei der Aufnahme des Betriebs des Wär­ megenerators VH vom Viskosfluid-Typ aufgrund der oben genannten Versorgung des äußeren Bereichs des Wärmeerzeugungsbereichs 6 mit Silikonöl aus dem Fluid-Spei­ cherbereich SR der Wärmegenerator VH schnell mit der Wärmeerzeugung.

Während des Betriebs des Wärmegenerators VH wirken der Gas-Phasen-Verbindungsbereich 3e und der Flüssigkeits- Phasen-Verbindungsbereich 3f der Öffnung 3c des hinte­ ren Plattenelementes 3 so, daß sie das Silikonöl "SO" aus dem Wärmeerzeugungsbereich 6 sammeln. In diesem Zu­ stand leitet der relativ schmale Fluid-Sammelkanal 3j des hinteren Plattenelementes 3, der in Fluidverbindung mit dem Flüssigkeits-Phasen-Verbindungsbereich 3f der Öffnung 3c steht, eine geringe Menge des Silikonöls "SO" von dem äußeren Umfangsbereich des Wärmeerzeu­ gungsbereichs 6 zu der Öffnung 3c. So kann das Sammeln von Silikonöl "SO" in dem äußeren Umfangsbereich des Wärmeerzeugungsbereichs 6 unterdrückt werden, um die Wärmeerzeugung durch das Silikonöl "SO" bei der Aufnah­ me des Betriebs des Wärmegenerators VH vom Viskosfluid- Typ zu beschleunigen.

Es wird verständlich sein, daß bei dem beschriebenen Wärmegenerator VH der Wärmeerzeugungsbereich 6 und der Fluid-Speicherbereich SR in der gemeinsamen Arbeitskam­ mer ausgebildet sind, und daß die Öffnung 3c des hinte­ ren Plattenelementes 3 sowohl als Fluid-Sammel- oder - Rückfuhrleitung als auch als Fluid-Versorgungs- oder - Zufuhrleitung dient. Deshalb kann das Silikonöl "SO" aktiv eine Zirkulationsbewegung durch den Wärmeerzeu­ gungsbereich 6 und den Fluid-Speicherbereich SR durch­ führen. Es ist nämlich keine drosselähnliche Fluid- Rückfuhrleitung zwischen dem Wärmeerzeugungsbereich 6 und dem Fluid-Speicherbereich SR vorgesehen. Folglich unterscheidet sich die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung ge­ mäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung deutlich von dem bekannten Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ, wie er in dem US Patent '778 offenbart ist, welcher mit einer drosselähnlichen Rückfuhrleitung zwischen der Wärmeerzeugungskammer und der Fluid-Spei­ cherkammer versehen ist. Da die Verbindungslöcher 9b des Rotorelementes 9 so wirken, daß sie das Silikonöl "SO" in der Arbeitskammer einschließlich des Wärmeer­ zeugungsbereichs SR aufgrund der Drehung des Rotorele­ mentes 9 zwangsläufig verwirbeln, können ferner die Teile des Silikonöls "SO" mit hoher Temperatur und ge­ ringer Viskosität mit den Teilen des Silikonöls "SO" mit geringer Temperatur und hoher Viskosität ständig in dem Wärmeerzeugungsbereich 6 und dem Fluid-Speicher­ bereich SR der Arbeitskammer miteinander vermischt wer­ den. Folglich können die Temperatur und die Viskosität des Silikonöls "SO", das in die Arbeitskammer einge­ füllt ist, während des Betriebs des Wärmegenerators VH vom Viskosfluid-Typ im allgemeinen konstant gehalten werden. Infolgedessen tritt bei dem Wärmegenerator VH keine Wärmeerzeugung nur durch einen Teil des im Wärme­ erzeugungsbereich 6 enthaltenen Silikonöls "SO" auf, sondern das gesamte in die Arbeitskammer eingefüllte Silikonöl "SO" trägt zu der Wärmeerzeugung im Wärmeer­ zeugungsbereich 6 bei. Deshalb kann die thermische De­ gradation oder Verschlechterung des Silikonöls verhin­ dert werden. Selbst wenn ferner der Wärmegenerator VH mit einer hohen Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 8 und des Rotorelementes 9 oder mit einer normalen Dreh­ geschwindigkeit über eine lange Betriebsdauer hinweg betrieben wird, tritt kein nennenswerter Anstieg des Druckniveaus in der Arbeitskammer auf, und folglich tritt auch keine Leckage von Silikonöl "SO" aus dem Wärmegenerator VH auf. So kann der Wärmegenerator VH eine lange Lebensdauer aufweisen, ohne daß eine Verrin­ gerung der Wärmeerzeugungsleistung bewirkt wird.

Es sollte verständlich sein, daß es bei dem beschriebe­ nen Wärmegenerator VH vom Viskosfluid-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nötig ist, das Silikonöl "SO" regelmäßig durch neues Silikonöl zu ersetzen. Des­ halb muß der einmal in ein Fahrzeug eingebaute Wärmege­ nerator VH nicht zum Zwecke des Ersetzens des Silikon­ öls ausgebaut und zerlegt werden. Folglich ist keine mühsame Wartungstätigkeit erforderlich.

Ferner kann der Wärmegenerator VH die Menge an Silikon­ öl "SO", die in dem Wärmeerzeugungsbereich 6 enthalten ist, bei der Aufnahme des Betriebs verringern. So ist es möglich, das zum Antrieb des Wärmegenerators VH er­ forderliche Anlaufdrehmoment zu verringern. Somit kann bei einem Fahrzeug mit eingebautem Wärmegenerator VH gemäß der vorliegenden Erfindung der Anlasser des Fahr­ zeugs zum Starten des Betriebs des Fahrzeugmotors si­ cher und einfach vom Fahrer des Fahrzeugs betätigt wer­ den. Ferner kann, falls die elektromagnetische Kupplung MC eine Kupplung vom Typ mit einer geringen Leistung ist, die Antriebsleistung des Fahrzeugmotors sicher auf die Antriebswelle 8 des Wärmegenerators VH übertragen werden, ohne einen Schlupf-Effekt der elektromagneti­ schen Kupplung MC und des Riemens der Riemenscheibe zu bewirken. Deshalb wird, selbst wenn der Wärmegenerator VH während des Betriebs des Fahrzeugs gestartet wird, kein Stoß auf den Fahrzeugmotor übertragen, und folg­ lich wird dem Fahrer des Fahrzeugs kein unangenehmes Gefühl vermittelt.

Deshalb kann der Wärmegenerator VH vom Viskosfluid-Typ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Wärmeerzeugungs-Vorrichtung sein, die dazu geeignet ist, in einem Fahrzeug-Heizsystem unter­ gebracht zu sein, wobei es in der Lage ist, die Degra­ dation oder qualitative Verschlechterung der physischen Eigenschaften des viskosen Fluids, typischerweise eines Silikonöls, zu verhindern, eine Verringerung des An­ laufdrehmoments der Vorrichtung zu realisieren und eine Leckage des viskosen Fluids (des Silikonöls "SO") aus der Arbeitskammer der Vorrichtung zu verhindern, selbst wenn die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung unter sehr schwe­ ren Betriebsbedingungen betrieben wird, wie beispiels­ weise mit einer sehr hohen Drehgeschwindigkeit oder mit einer normalen Drehgeschwindigkeit, aber über eine lan­ ge Zeit hinweg.

Die Erfinder führten Experimente durch, um die Wärmeer­ zeugungsleistungen von drei Versuchs-Ausführungen von Wärmegeneratoren zu beurteilen. Die erste Versuchs- Ausführung (1. Ausführungsbeispiel) ist ein Wärmegene­ rator VH gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung. Die zweite Versuchsausführung (1. Vergleichsausführung) ist ein Vergleichs-Wärmegenerator gemäß dem US-Patent Nr. 4,974,778 (DE 38 32 966 A1) und die dritte Versuchs-Ausführung (2. Vergleichsausfüh­ rung) ist ein zweiter Vergleichs-Wärmegenerator gemäß der ungeprüften japanischen Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 8-337110 (EP 0 687 584 A1). Bei den Versu­ chen wurden die drei Versuchs-Wärmegeneratoren mit der Nenndrehgeschwindigkeit, d. h. mit 1.500 U/min., betrie­ ben, und das Druckniveau (kp/cm²) im Wärmeerzeugungs­ bereich der Arbeitskammer des Wärmegenerators VH und in den Wärmeerzeugungskammern des ersten und des zweiten Vergleichs-Wärmegenerators wurde gemessen. Die Ergeb­ nisse der Versuche sind in der graphischen Darstellung von Fig. 4 dargestellt.

Aus den Angaben von Fig. 4 ist es verständlich, daß, wenn der erste und der zweite Vergleichs-Wärmegenerator über eine lange Zeit hinweg beständig betrieben wurden, die Druckniveaus in den Wärmeerzeugungskammern beacht­ lich höher wurden als dasjenige, welches im Wärmeerzeu­ gungsbereich der Arbeitskammer des Wärmegenerators VH vorherrscht. Deshalb neigt das viskose Fluid (das Sili­ konöl) des ersten und zweiten Vergleichs-Wärmegenera­ tors zur Leckage aufgrund eines Anstiegs des Innendruc­ kes im ersten und zweiten Vergleichs-Wärmegenerator. So wurde bestätigt, daß die Vergleichs-Wärmegeneratoren mit einer druckresistenten Wellenabdichtungsanordnung ausgestattet sein müssen, um das viskose Fluid an einer Leckage aus den Wärmegeneratoren zu hindern, wenn die Wärmegeneratoren unter schweren Betriebsbedingungen betrieben werden. Deshalb müssen die Herstellungskosten dieser Wärmegeneratoren hoch sein.

Andererseits ist verständlich, daß bei dem Wärmegenera­ tor vom Viskosfluid-Typ gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung das im Wärmegenera­ tor vorherrschende Druckniveau auf einem geringen Ni­ veau gehalten werden kann, verglichen mit dem ersten bzw. dem zweiten Vergleichs-Wärmegenerator. Folglich kann die Leckage von viskosem Fluid (Silikonöl) verhin­ dert werden ohne Verwendung einer teuren Wellenabdich­ tungsanordnung. Deshalb können die Herstellungskosten des Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ verringert wer­ den.

Fig. 5 stellt eine Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung dar. Die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung des zwei­ ten Ausführungsbeispiels, d. h. ein Wärmegenerator VH vom Viskosfluid-Typ, weist im wesentlichen den gleichen inneren Aufbau auf wie derjenige des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels gemäß den Fig. 1 bis 3. Jedoch unter­ scheidet sich, wie durch Vergleich von Fig. 5 mit Fig. 2 klar ersichtlich ist, das hintere Plattenelement 3 des zweiten Ausführungsbeispiels von demjenigen des er­ sten Ausführungsbeispiels. Das hintere Plattenelement 3 des zweiten Ausführungsbeispiels ist nämlich mit einem Fluid-Sammelkanal 31 versehen, der sich von dem Fluid- Sammelkanal 3j des ersten Ausführungsbeispiels unter­ scheidet. Der Fluid-Sammelkanal 31 ist in eine Oberflä­ che des hinteren Plattenelementes 3 vertieft, so daß er sich von einem radial äußeren Bereich des Wärmeerzeu­ gungsbereichs 6 bis zu dem Gas-Phasen-Verbindungsbe­ reich 3e erstreckt, und ist aus einer radialen Richtung des hinteren Plattenelementes 3 in eine Richtung entge­ gen der Drehrichtung "R" des Rotorelementes 9 geneigt. Der Fluid-Sammelkanal 31 leitet das Silikonöl "SO" von dem radial äußeren Bereich des Wärmeerzeugungsbereichs 6 zu dem Gas-Phasen-Verbindungsbereich 3e der Öffnung 3c des hinteren Plattenelementes 3.

Da der Aufbau des hinteren Plattenelementes 3 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, abgesehen von dem oben ge­ nannten Fluid-Sammelkanal 31, im wesentlichen der glei­ che ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel, sollte verständlich sein, daß die jeweiligen Bereiche des hin­ teren Plattenelementes 3 durch die gleichen Bezugszei­ chen wie beim ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind und daß eine ausführliche Beschreibung der ent­ sprechenden Bereiche ausgelassen wird.

Der Wärmegenerator VH vom Viskosfluid-Typ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß ein geeignetes Ansammeln oder Rückführen von Sili­ konöl "SO" aus dem Wärmeerzeugungsbereich 6 in den Fluid-Sammelbereich SR der Arbeitskammer effektiv er­ reicht wird, da eine große Menge an Silikonöl "SO" durch den Fluid-Sammelkanal 31 vom äußeren Bereich des Wärmeerzeugungsbereichs 6 zum Gas-Phasen-Verbindungs­ bereich 3e der Öffnung 3c befördert wird. Deshalb kann eine Degradation oder Verschlechterung der physischen Eigenschaften des in den Wärmegenerator VH gefüllten Silikonöls "SO" auf geeignete Weise verhindert werden. Der allgemeine Vorgang der Wärmeerzeugung des Wärmege­ nerators VH gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen der gleiche wie derjenige im ersten Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 6 bis 8 stellen eine Wärmeerzeugungs-Vorrich­ tung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung dar. Die Wärmeerzeugungs-Vorrich­ tung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, die als ein Wärmegenerator VH vom Viskosfluid-Typ ausgebildet ist, ist mit einem hinteren Plattenelement 20 versehen, das sich offensichtlich von den ebenen, scheibenförmigen hinteren Plattenelementen 3 der ersten und zweiten Aus­ führungsbeispiele unterscheidet. Das hintere Platten­ element 20 ist in seinem mittleren Bereich mit einem axial nach hinten vertieften Bereich 20a versehen. Der vertiefte Bereich 20a des hinteren Plattenelementes 20 ist so angeordnet, daß er einer inneren Fläche eines ebenen hinteren Gehäuses 4 gegenüberliegt und mit dem hinteren Gehäuse 4 zusammenwirkt, um eine hintere Wär­ meaufnahmekammer RW (den hinteren Wassermantel) zu de­ finieren, die sich über die gesamte innere Fläche des hinteren Gehäuses 4 erstreckt. Deshalb befindet sich kein O-Ring-Element zwischen dem hinteren Plattenele­ ment 20 und dem hinteren Gehäuse 4.

Der Wärmegenerator gemäß dem dritten Ausführungsbei­ spiel ist mit einem mittig vertieften Rotorelement 21 versehen, das einen zentralen vertieften Bereich 21a umfaßt, der so ausgebildet ist, daß er in den vertieften Bereich 20a des hinteren Plattenelementes 20 in ei­ ner gegenüberliegenden Anordnung aufgenommen ist. Das Rotorelement 21 ist ferner mit einem ringförmigen Flanschelement 21b versehen, das einen ebenen Bereich darstellt, der sich radial von einem kreisförmigen äu­ ßeren Ende des vertieften Bereichs 21a aus erstreckt. Der vertiefte Bereich 21a des Rotorelementes 21 ist mit einer Mehrzahl von Verbindungslöchern 21c versehen, die durch einen Bereich desselben, benachbart zu dem kreis­ förmigen äußeren Rand desselben, gebohrt sind. Der ver­ tiefte Bereich 21a des Rotorelementes 21 liegt in axia­ ler Richtung einer inneren Fläche eines vorderen Plat­ tenelementes 2 gegenüber und definiert dazwischen einen Fluid-Speicherbereich SR mit einem relativ großen Volu­ men. Der ringförmige Flanschbereich 21b des Rotorele­ mentes 21 definiert vordere und hintere ringförmige Spalte, die zwischen den sich ringförmig erstreckenden inneren Flächen des vorderen Plattenelementes 2 bzw. des hinteren Plattenelementes 20 und den äußeren Flä­ chen des Flanschbereichs 21b an sich angeordnet sind. Die ringförmigen Spalte bilden einen Wärmeerzeugungsbe­ reich 22, der unter Zusammenwirken mit dem Fluid-Spei­ cherbereich SR die Arbeitskammer des Wärmegenerators VH gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bildet. Der Wär­ meerzeugungsbereich 22 und der Fluid-Speicherbereich SR stehen über die Verbindungslöcher 21c miteinander in Verbindung.

Wie in Fig. 7 dargestellt, ist das hintere Plattenele­ ment 20 mit einer Mehrzahl von Fluid-Versorgungskanälen 20i versehen, die in der ringförmigen, inneren Fläche desselben, welche der hinteren äußeren Fläche des Flanschbereichs 21b des Rotorelementes 21 gegenüber­ liegt, ausgebildet sind. Jeder der Fluid-Versorgungs­ kanäle 20i erstreckt sich im wesentlichen in radialer Richtung und ist von der tatsächlichen radialen Rich­ tung des hinteren Plattenelementes 20 aus in eine Rich­ tung geneigt, welche der Drehrichtung "R" des Rotorele­ mentes 21 entspricht. Die Fluid-Versorgungskanäle 20i sind als Führungen angeordnet, um das in dem Wärmeer­ zeugungsbereich 22 enthaltene Silikonöl "SO" zu zwin­ gen, in radialer Richtung zum äußeren Umfangsbereich des Wärmeerzeugungsbereichs 22 bewegt zu werden.

Das hintere Plattenelement 20 ist ferner mit einer Mehrzahl von radialen Rillen 20h versehen, die in der ringförmigen inneren Fläche desselben ausgebildet sind, welche der hinteren äußeren Fläche des Flanschbereichs 21b des Rotorelementes 21 gegenüberliegt. Diese radia­ len Rillen 20h dienen dazu, die Scherwirkung zu erhö­ hen, der das im Wärmeerzeugungsbereich 22 enthaltene Silikonöl "SO" unterworfen wird, wenn das Rotorelement 21 gedreht wird. Die radialen Rillen 20h tragen auch zu einer Vergrößerung des wärmeübertragenden Bereichs des hinteren Plattenelementes 20 bei. Es sollte verständ­ lich sein, daß die sich kreisförmig erstreckende innere Fläche des vorderen Plattenelementes 2, die dem Wärme­ erzeugungsbereich 22 gegenüberliegt, mit radialen Ril­ len versehen ist, welche den radialen Rillen 20h des hinteren Plattenelementes 20 gleichen.

Der innere Aufbau des Wärmegenerators VH gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann, außer der oben ge­ nannten Ausgestaltung, im wesentlichen als der gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel verstanden werden, und folglich sind die gleichen Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet. Dementsprechend unterbleibt hier eine ausführliche Beschreibung des in­ neren Aufbaus des Wärmegenerators VH.

Beim Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ gemäß dem drit­ ten Ausführungsbeispiel wird das Silikonöl "SO", das im Fluid-Speicherbereich SR enthalten ist, welcher durch den zentralen vertieften Bereich 21a des Rotorelementes 21 gebildet wird, als Reaktion auf die Drehung des Ro­ torelementes 21 einer Zentrifugalkraft unterworfen. Im Ergebnis wird das Silikonöl "SO" gegen die vertiefte Fläche des zentralen vertieften Bereichs 21a des Roto­ relementes 21 während der Drehung desselben gedrückt, wie es am besten in Fig. 8 dargestellt ist. Deshalb wird ein Teil des Silikonöls "SO" dazu gezwungen, durch die Verbindungslöcher 21c des Rotorelementes 21 in den Wärmeerzeugungsbereich 22 zu fließen, der sich auf der vorspringenden Seite des Rotorelementes 21 befindet. So wird das in den Wärmeerzeugungsbereich 22 auf der vor­ springenden Seite des Rotorelementes 21 eindringende Silikonöl "SO" dann durch die Fluid-Versorgungskanäle 20i zum äußeren Umfangsbereich des Wärmeerzeugungsbe­ reichs 22 geleitet. Deshalb drückt das durch die Ver­ bindungslöcher 21c und die Fluid-Versorgungskanäle 20i in Richtung des äußeren Umfangsbereichs des Wärmeerzeu­ gungsbereichs 22 geleitete Silikonöl "SO" auf das Silikonöl "SO", das bereits in dem durch die vorderen und hinteren Spalte gebildeten Wärmeerzeugungsbereich 22 enthalten ist, wobei die Spalte zwischen den sich ring­ förmig erstreckenden inneren Flächen des vorderen Plat­ tenelementes 2 bzw. des hinteren Plattenelementes 20 und der äußeren Fläche des Flanschbereichs 21b des Ro­ torelementes 21 angeordnet sind. Folglich wird das letztgenannte Silikonöl "SO" dazu gezwungen, in den Fluid-Speicherbereich SR zu strömen, welcher ein aus­ reichend größeres Volumen als die oben genannten vorde­ ren und hinteren Spalte des Wärmeerzeugungsbereichs 22 hat. Die vorderen und hinteren Spalte in der Arbeits­ kammer dienen nämlich als eine Fluid-Sammelleitung oder Fluid-Rückfuhrleitung. So wird ständig eine Zirkulati­ onsbewegung des Silikonöls "SO" in der Arbeitskammer des Wärmegenerators VH während des Betriebs desselben durchgeführt, um eine Degradation oder Verschlechterung der physischen Eigenschaften des Silikonöls "SO" zu verhindern.

Ferner weist der Wärmegenerator VH gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine hintere Wärmeaufnahmekammer RW (den hinteren Wasserman­ tel) auf, deren Wärmeaufnahmebereich größer ist als derjenige der Wärmeaufnahmekammer RW des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels. Deshalb wird der Wärmeaustausch, der zwischen dem Wärmeerzeugungsbereich 22 der Arbeitskam­ mer und der hinteren Wärmeaufnahmekammer RW erfolgt, bei dem Wärmegenerator vom Viskosfluid-Typ gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auf geeignetere Weise durchgeführt, verglichen mit demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Dieser geeignetere Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeerzeu­ gungsbereich 22 und der hinteren Wärmeaufnahmekammer RW sorgt bei dem Silikonöl "SO", das im Fluid-Speicher­ bereich SR der Arbeitskammer enthalten ist, für einen ausreichenden Kühleffekt. So kann die thermische Degra­ dation oder Verschlechterung des in den Wärmegenerator VH eingefüllten Silikonöls "SO" verringert werden, und die Lebensdauer des Silikonöls kann verlängert werden.

Ferner kann eine Verringerung der Anzahl der Bauteile des Wärmegenerators VH erreicht werden, da der Wärmege­ nerator vom Viskosfluid-Typ gemäß dem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kein O-Ring- Element zwischen dem hinteren Plattenelement 20 und dem hinteren Gehäuse 4 erfordert. So kann der Zusammenbau des Wärmegenerators VH vereinfacht werden, was eine Re­ duzierung der Herstellungskosten des Wärmegenerators VH bewirkt.

Wenn das Rotorelement 21 des Wärmegenerators VH gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gedreht wird, wird das Silikonöl, das einer Zentrifugalkraft aufgrund der Dre­ hung des Rotorelementes 21 unterworfen wird, daran ge­ hindert, in Richtung der Lageranordnung 7 mit inte­ grierter Wellenabdichtungsanordnung zu fließen. Deshalb kann eine Verhinderung von Leckage des Silikonöls "SO" aus dem Inneren des Wärmegenerators VH gemäß dem drit­ ten Ausführungsbeispiel erreicht werden.

Fig. 9 stellt einen Wärmegenerator VH vom Viskosfluid- Typ dar, der eine Wärmeerzeugungs-Vorrichtung gemäß ei­ nem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung bildet. Der Wärmegenerator VH gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist von dem oben beschriebenen Wär­ megenerator VH gemäß dem dritten Ausführungsbeispiels abgewandelt.

Der Wärmegenerator VH gemäß dem vierten Ausführungsbei­ spiel ist mit einem hinteren Gehäuse 23 versehen, das eine zentrale Vertiefung 23a aufweist, die an einer in­ neren Fläche desselben ausgebildet ist. Deshalb ist der vertiefte Bereich 20a des hinteren Plattenelementes 20 ausreichend von der inneren Fläche des hinteren Gehäu­ ses 23 getrennt. Ferner ist ein vorderes Plattenelement 24 des Wärmegenerators VH gemäß dem vierten Ausfüh­ rungsbeispiel mit einem zentralen vertieften Bereich 24a versehen, der so ausgebildet ist, daß das gesamte Volumen des Fluid-Speicherbereichs SR der Arbeitskammer vergrößert ist, verglichen mit dem Fluid-Speicher­ bereich SR gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.

Beim Wärmegenerator VH gemäß dem vierten Ausführungs­ beispiel ist die Form des Fluid-Speicherbereichs SR im wesentlichen identisch mit derjenigen des Fluid-Spei­ cherbereichs SR gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Jedoch ist das Volumen des Fluid-Speicherbereichs SR größer als dasjenige des Fluid-Speicherbereichs SR ge­ mäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Deshalb wird das Silikonöl "SO" in der Arbeitskammer des Wärmegenerators VH gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel stärker dazu angeregt, eine Zirkulationsbewegung durch den Wärmeer­ zeugungsbereich 22 und den Fluid-Speicherbereich SR durchzuführen, verglichen mit dem dritten Ausführungs­ beispiel. Deshalb werden die Vorteile, die durch das vierte Ausführungsbeispiel erreicht werden, gegenüber denen verstärkt, die durch das dritte Ausführungsbei­ spiel erreicht werden.

Ferner wird bei dem Wärmegenerator VH gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Wärmeaufnahmebereich der hinte­ ren Wärmeaufnahmekammer RW (der hintere Wassermantel) gegenüber demjenigen des dritten Ausführungsbeispiels vergrößert. Deshalb kann der Wärmeaustausch, der zwi­ schen dem Wärmeerzeugungsbereich 22 und der hinteren Wärmeaufnahmekammer RW erfolgt, effektiver sein als derjenige, der beim dritten Ausführungsbeispiel er­ folgt. So kann die Wärmeerzeugungsleistung des Wärmege­ nerators VH gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ge­ genüber derjenigen des Wärmegenerators VH gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel verbessert werden. Ferner kann die Kühlung des in dem Fluid-Speicherbereich SR enthaltenen Silikonöls auf geeignete Weise erreicht werden, so daß eine thermische Degradation oder Ver­ schlechterung des Silikonöls "SO" verhindert wird, was eine Verlängerung der Lebensdauer des Silikonöls "SO" bewirkt.

Aus der vorstehenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wird ver­ ständlich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verhinderung der Degradation oder qualitativen Verschlechterung des in die Wärmeerzeugungs-Vorrichtung eingefüllten viskosen Fluids, eine Verringerung des An­ laufdrehmoments der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung und ei­ ne Verhinderung einer Leckage des viskosen Fluids aus der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung auf geeignete Weise er­ reicht werden kann, selbst wenn die Wärmeerzeugungs- Vorrichtung unter sehr schweren Betriebsbedingungen be­ trieben wird.

Viele Änderungen und Abwandlungen der inneren Ausge­ staltung des Wärmegenerators vom Viskosfluid-Typ werden einem Fachmann in den Sinn kommen, ohne dabei den in den beigefügten Ansprüchen beanspruchten Bereich und den Gedanken der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

1. Wärmeerzeugungs-Vorrichtung (VH), die folgendes umfaßt:
eine Gehäuseanordnung (1, 2, 3, 4; 20; 23; 24), mit einer Arbeitskammer zur Erzeugung von Wärme und einer Wärmeaufnahmekammer (FW, RW), welche benachbart zu der Arbeitskammer angeordnet ist und welche einem Wärmetauschfluid ermöglicht, durch sie hindurch zu fließen;
eine Antriebswelle (8) mit äußeren und inneren, voneinander abgewandten Enden, welche in der Gehäuseanordnung (1, 2, 3, 4; 20; 23; 24) mittels einer Lageranordnung (7) drehbar gelagert ist;
ein Rotorelement (9; 21), welches an der Antriebs­ welle (8) so angebracht ist, daß es in der Ar­ beitskammer drehbar ist, und welches äußere Flä­ chen aufweist; und
ein viskoses Fluid (SO) und eine vorgegebene Menge an Luft, welche in die Arbeitskammer eingefüllt sind;
wobei die Arbeitskammer in sich folgendes definiert:
einen Wärmeerzeugungsbereich (6; 22), der einen Wärmeerzeugungsspalt umfaßt, welcher zwischen den äußeren Flächen des Rotorelementes (9; 21) und
einer inneren Wandfläche der Arbeitskammer ausge­ bildet ist, um Wärme zu erzeugen, wenn durch die Drehung des Rotorelementes (9; 21) das viskose Fluid (SO) einer Scherwirkung in dem Wärmeerzeu­ gungsspalt unterworfen wird, und
einen Fluid-Speicherbereich (SR), der den Rest der Arbeitskammer bildet und der eine vorgegebene Men­ ge des viskosen Fluids (SO) speichert, dessen Vo­ lumen größer ist als dasjenige des Wärmeerzeu­ gungsspaltes, wobei der Fluid-Speicherbereich (SR) so angeordnet ist, daß es dem viskosen Fluid (SO) möglich ist, sich von dort zum Wärmeerzeugungs­ bereich (6; 22) hin zu bewegen und umgekehrt,
wobei die Arbeitskammer eine Trennwand (3; 20) aufweist, die zwischen dem Wärmeerzeugungsbereich (6; 22) und dem Fluid-Speicherbereich (SR) ange­ ordnet ist, und die Trennwand (3; 20) mit einer Öffnung (3c) versehen ist, die eine ausreichend große Abmessung aufweist, um eine Verbindung zwi­ schen dem Wärmeerzeugungsbereich (6; 22) und dem Fluid-Speicherbereich (SR) oberhalb des Pegels des in dem Fluid-Speicherbereich (SR) gespeicherten viskosen Fluids (SO) zur Verfügung zu stellen,
und wobei die Trennwand (3; 20) mit einem Kanten­ bereich (3d) versehen ist, der entgegengesetzt zur Drehrichtung ("R") des Rotorelementes (9) ausge­ bildet ist, und
wobei die Öffnung (3c) der Trennwand (3; 20) einen Gas-Phasen-Verbindungsbereich (3e), der durch den Kantenbereich (3d) definiert wird und in einem Gas-Phasen-Bereich in dem Fluid-Speicherbereich (SR) angeordnet ist, einen Flüssigkeits-Phasen- Verbindungsbereich (3f), der in einem Flüssig­ keits-Phasen-Bereich in dem Fluid-Speicherbereich (SR) angeordnet ist, und einen Flüssigkeits-Ver­ sorgungsbereich (3g) aufweist, der so angeordnet ist, daß er in den Flüssigkeits-Phasen-Verbin­ dungsbereich (3f) integriert ist, und der durch den Kantenbereich (3d) definiert wird, um sich in eine Richtung zu erstrecken, die der Drehrichtung ("R") des Rotorelementes (9; 21) entspricht, wobei der Flüssigkeits-Versorgungsbereich (3g) im unter­ sten Bereich des Fluid-Speicherbereichs (SR) ange­ ordnet ist.

2. Wärmeerzeugungs-Vorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer mit einem Fluid-Versorgungsmittel (31) versehen ist, um das viskose Fluid (SO) aus dem Fluid-Speicher­ bereich (SR) einem äußeren Umfangsbereich des Wärmeerzeugungsbereichs (6; 22) zuzuführen.

3. Wärmeerzeugungs-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (3; 20) mit einem in ihr ausgebildeten Fluid-Sammel­ kanal (3j; 31) versehen ist, um das viskose Fluid (SO) von einem äußeren Umfangsbereich des Wärme­ erzeugungsbereichs (6; 22) zu der Öffnung (3c) der Trennwand (3; 20) zu leiten.

4. Wärmeerzeugungs-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluid-Sammelkanal (31) der Trennwand (3) in Verbindung mit dem Gas- Phasen-Verbindungsbereich (3e) der Öffnung (3c) der Trennwand (3) steht.

5. Wärmeerzeugungs-Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluid-Sammel­ kanal (3j) in Verbindung mit dem Flüssigkeits- Phasen-Verbindungsbereich (3f) der Öffnung (3c) der Trennwand (3) steht.

6. Wärmeerzeugungs-Vorrichtung (VH), die folgendes umfaßt:
eine Gehäuseanordnung (1, 2, 3, 4; 20; 23; 24), mit einer Arbeitskammer zur Erzeugung von Wärme und einer Wärmeaufnahmekammer (FW, RW), welche benachbart zu der Arbeitskammer angeordnet ist und welche einem Wärmetauschfluid ermöglicht, durch sie hindurch zu fließen;
eine Antriebswelle (8) mit äußeren und inneren, voneinander abgewandten Enden, welche in der Gehäuseanordnung (1, 2, 3, 4; 20; 23; 24) mittels einer Lageranordnung (7) drehbar gelagert ist;
ein Rotorelement (9; 21), welches an der Antriebs­ welle (8) so angebracht ist, daß es in der Ar­ beitskammer drehbar ist, und welches äußere Flä­ chen aufweist; und
ein viskoses Fluid (SO) und eine vorgegebene Menge an Luft, welche in die Arbeitskammer eingefüllt sind;
wobei die Arbeitskammer in sich folgendes definiert:
einen Wärmeerzeugungsbereich (6; 22), der einen Wärmeerzeugungsspalt umfaßt, welcher zwischen den äußeren Flächen des Rotorelementes (9; 21) und einer inneren Wandfläche der Arbeitskammer ausge­ bildet ist, um Wärme zu erzeugen, wenn durch die Drehung des Rotorelementes (9; 21) das viskose Fluid (SO) einer Scherwirkung in dem Wärmeerzeu­ gungsspalt unterworfen wird, und
einen Fluid-Speicherbereich (SR), der den Rest der Arbeitskammer bildet und der eine vorgegebene Men­ ge des viskosen Fluids (SO) speichert, dessen Vo­ lumen größer ist als dasjenige des Wärmeerzeu­ gungsspaltes, wobei der Fluid-Speicherbereich (SR) so angeordnet ist, daß es dem viskosen Fluid (SO) möglich ist, sich von dort zum Wärmeerzeugungs­ bereich (6; 22) hin zu bewegen und umgekehrt,
wobei das Rotorelement (21) mit einem vertieften Bereich (21a), der in einem zentralen Bereich des­ selben ausgebildet ist, und mit einem Flansch­ bereich (21b) versehen ist, der sich in radialer Richtung von dem vertieften Bereich (21a) aus erstreckt, wobei der vertiefte Bereich (21a) des Rotorelementes (21) mit der Gehäuseanordnung (1, 2, 20, 4; 23; 24) zusammenwirkt, um den Fluid- Speicherbereich (SR) der Arbeitskammer zu defi­ nieren, und wobei der Flanschbereich (21b) mit der Gehäuseanordnung (1, 2, 20, 4; 23; 24) zusammen­ wirkt, um den Wärmeerzeugungsbereich (22) zu defi­ nieren, welcher in Verbindung mit dem Fluid-Spei­ cherbereich (SR) über Verbindungslöcher (21c) steht, die durch einen äußeren Bereich des ver­ tieften Bereichs (21a) des Rotorelementes (21) gebohrt sind.

7. Wärmeerzeugungs-Vorrichtung nach einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer mit einem in ihr ausgebildeten vertieften Bereich (20a; 24a) versehen ist, um den Fluid-Speicherbereich (SR) derart zu vergrößern, daß das Volumen des Fluid-Speicherbereichs (SR) erhöht wird.

8. Wärmeerzeugungs-Vorrichtung nach einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer mit einem Führungsmittel (20i) versehen ist, um das viskose Fluid (SO) von dem Wärmeerzeugungsbereich (6; 22) zu einem äußeren Umfang des Wärmeerzeugungsbereichs (6; 22) zu leiten.

9. Wärmeerzeugungs-Vorrichtung nach einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorelement (9; 21) mit einem Rühr- oder Verwirbelungsmittel (9b) versehen ist, um einen Rühr- oder Verwirbelungseffekt für das viskose Fluid (SO) in dem Fluid-Speicherbereich (SR) der Arbeitskammer zu bewirken.

10. Wärmeerzeugungs-Vorrichtung nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Rühr- oder Verwir­ belungsmittel (9b) des Rotorelementes (9; 21) eine Mehrzahl von Verbindungslöchern (9b) umfaßt, die in dem Rotorelement (9; 21) ausgebildet sind und die mit dem vorderen und dem hinteren Bereich des durch das Rotorelement (9; 21) getrennten Wärme­ erzeugungsbereichs (6; 22) in Verbindung stehen.