DE4415031C1 - Hydrodynamische Einrichtung als Heizgenerator für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrodynamische Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 31 47 468 A1 ist eine gattungsgemäße hydrodynamische Einrichtung als Heizgenerator im Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei die hy­ drodynamische Einrichtung als Wasserwirbelbremse ausgebildet ist, die von der Brennkraftmaschine aus über eine elektromagne­ tische Kupplung angetrieben wird. Die Wasserwirbelbremse und die elektromagnetische Kupplung sind als separate Bauteile ausgebil­ det und werden als solche an der Brennkraftmaschine installiert.

Des weiteren ist aus der DE 32 41 835 C1 ebenfalls ein als Was­ serwirbelbremse ausgebildeter Heizgenerator bekannt, der über eine von diesem getrennt ausgebildete elektromagnetische Kupp­ lung von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Wasserwir­ belbremse ist entweder zur Erwärmung des Kühlwassers oder als hydrodynamische Kupplung für die Wasserpumpe verwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße hydrodynami­ sche Einrichtung einfach und kompakt derart auszubilden, daß sie möglichst kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der hydrodynami­ schen Einrichtung liegt darin, daß durch die teilweise oder vollständige Integration der elektromagnetischen Kupplung in den Wasserraum des Gehäuses der Wasserwirbelbremse und durch die vereinfachte Lagerung und Abdichtung die hydrodynamische Ein­ richtung auch als kompakte Baugruppe und mit wesentlich geringe­ ren Fertigungskosten als im gattungsgemäßen Stand der Technik herstellbar ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Kombination der hy­ drodynamischen Einrichtung mit einem Gehäuse einer Wasserpumpe des Kühlmittelkreislauf s der Brennkraftmaschine. So können die beiden Schaufelräder (Rotor und Stator) der Wasserwirbelbremse mit allen notwendigen Steuer- und Lagerelementen und wasserfüh­ renden Leitungen in einem gemeinsamen Gehäuse mit der Wasser­ pumpe untergebracht werden. Es entfallen dadurch, insbesondere im Vergleich zum Einzelgerät, weitere Bauteile wie z. B. die Hal­ terung für das Gerät am Motorblock, Gleitringdichtungen, Lage­ rungen, Gehäuseteile und Abdichtungen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung nach Anspruch 2 ist durch eine Integration von Ankerscheibe der elektromagnetischen Kupplung und Rotor-Schaufelrad der hydrodynamischen Einrichtung, besonders durch einstückige Ausbildung von Ankerscheibe und Ro­ tor-Schaufelrad, eine weitere bauliche Vereinfachung der hydro­ dynamischen Einrichtung erreichbar.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße hydrodynamische Einrichtung mit integrierter elektromagnetischer Kupplung, einem Gehäu­ se, einem Rotor-Schaufelrad und einem Stator-Schaufel­ rad, wobei die hydrodynamische Einrichtung mit einem Gehäuse einer Wasserpumpe gekoppelt ist und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1 zur Erläute­ rung des Kraftschlusses zwischen dem Rotor-Schaufelrad und der elektromagnetischen Kupplung.

Fig. 1 zeigt in einer kompletten Baugruppe zusammengefaßt eine erfindungsgemäße hydrodynamische Einrichtung 1 mit einem Gehäuse 2, in dem eine Antriebswelle 3 gelagert ist, mit der eine Rie­ menscheibe 4 zu deren Antrieb und ein Laufrad 5 einer Wasser­ pumpe fest verbunden ist. Die hydrodynamische Einrichtung 1 ist als Heizgenerator für ein Kraftfahrzeug in einem nicht näher dargestellten Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine ange­ ordnet.

Das Gehäuse 2 der als Wasserwirbelbremse ausgebildeten hydrody­ namischen Einrichtung 1 ist in einem Pumpengehäuse der im Kühl­ wasserkreislauf angeordneten Wasserpumpe integriert, wobei in der Zeichnung lediglich ein Pumpengehäuseteil 6 der Wasserpumpe dargestellt ist. Der nicht dargestellte Rest des Pumpengehäuses nebst Einlauf und Sammelkanal für die Wasserpumpe ist an einer nicht dargestellten Stirnseite des Kurbelgehäuses der Brenn­ kraftmaschine derart eingegossen, daß die komplette Baugruppe mit Schrauben 7 am Kurbelgehäuse abdichtend anflanschbar ist und somit das Laufrad 5 in das kurbelgehäuseseitig angeordnete Pum­ pengehäuseteil steckbar ist.

Die hydrodynamische Einrichtung 1 umfaßt das Gehäuse 2 nebst Wasserraum 1a, ein Rotor-Schaufelrad 8 und ein Stator-Schaufel­ rad 9. Eine elektromagnetische Kupplung 12 mit einem ersten Ma­ gneten 10 und einem zweiten Magneten 11 steht in Wirkverbindung mit zwei Kupplungshälften 13 und 14 einer Konuskupplung 12a, wo­ bei die elektromagnetische Kupplung 12 und die Kontaktflächen der Konuskupplung 12a im Wasserraum 1a des Gehäuses 2 der hydro­ dynamischen Einrichtung 1 angeordnet sind.

Der erste Magnet 10 ist mit Schrauben 19 (siehe Fig. 2) und der zweite Magnet mit Schrauben 20 am Gehäuse 2 befestigt.

Die Kupplungshälfte 13 umfaßt eine fest mit der Antriebswelle 3 verbundene Hülse 15 nebst Außenkegelkranz 16 und die Kupplungs­ hälfte 14 umfaßt einen Träger 17 des Rotor-Schaufelrades 8, der mit einem Innenkegelkranz 16a das Gegenstück des Außenkegelkran­ zes 16 bildet. Der Träger 17 bildet gleichzeitig eine Anker­ scheibe 17a der Kupplung 12, wobei die Ankerscheibe 17a im Ro­ tor-Schaufelrad 8 integriert ist. Ankerscheibe 17a und Rotor­ schaufelrad 8 sind bevorzugt als ein Bauteil ausgebildet.

Der Träger 17 nebst Rotor-Schaufelrad 8 ist gegenüber der An­ triebswelle 3 nebst Hülse 15 und Außenkegelkranz 16 axial ver­ schieblich.

Von der Druckseite der Wasserpumpe führt eine Wasserzulaufboh­ rung 18 durch das Pumpengehäuseteil 6 in den Wasserraum 1a nebst Ringkanal 1b, von dem aus zum Rücklauf des Kühlwassers ein nicht dargestellter Kühlwasserkanal mit dem Kühlwasserkreislauf ver­ bunden ist.

In einer ersten Anlageposition, in der keine zusätzliche Heiz­ leistung benötigt wird, hält der erste Magnet 10, der vorzugs­ weise als Permanentmagnet ausgebildet ist, das Rotor-Schaufelrad 8 in einer Stellung, in der kein Kraftschluß zwischen den Kupp­ lungshälften 13 und 14 der Konuskupplung 12a besteht. Die Hülse 15 nebst Kegelkranz 16 läuft mit der Antriebswelle 3 frei um und das auf dieser axial verschiebbare Rotor-Schaufelrad 8 wird durch den Magneten 10 in seiner ersten Anlageposition festgehal­ ten. Das Rotor-Schaufelrad 8 wird nicht angetrieben und es ent­ stehen keine Verlustleistungen.

Bei gewünschter zusätzlicher Heizleistung wird der als Elektro­ magnet nebst Stromzuführungsleitungen 21 ausgebildete zweite Ma­ gnet 11 eingeschaltet, dessen (bedarfsweise erzeugtes) Magnetfeld stärker als das Magnetfeld des ersten Magneten 10 und so gepolt ist, daß das Rotor-Schaufelrad 8 leicht aus der ersten Anlageposition in eine zweite Anlageposition gezogen werden kann. In der zweiten Anlageposition kommt es zu einem Kraft­ schluß zwischen den Kupplungshälften 13 und 14 der Konuskupplung 12a, wodurch das Rotor-Schaufelrad 8 kraftschlüssig mit der An­ triebswelle 3 verbunden und angetrieben wird.

Die Heizleistung entsteht, in dem das Kühlwasser durch das Ro­ tor-Schaufelrad 8 beschleunigt und im still stehenden Stator- Schaufelrad 9 wieder verzögert wird, wodurch die kinetische Energie der umlaufenden Kühlwassermenge mit hohem mechanischen Wirkungsgrad in Wärme umgewandelt wird.

Fig. 2 zeigt vergrößert einen Ausschnitt der Konuskupplung 12a im Fall des Kraftschlusses zwischen deren Kupplungshälften 13 und 14. Der zweite Magnet 11 der elektromagnetischen Kupplung 12 ist aktiviert und zieht das metallene Rotor-Schaufelrad 8 bzw. dessen Träger 17 in die zweite Anlageposition und führt damit über die Konuskupplung 12a zum Kraftschluß zwischen Rotor-Schau­ felrad 8 und Antriebswelle 3. Wird der zweite Magnet 11 abge­ schaltet, zieht das Magnetfeld des ersten Magneten 10 das Ro­ tor-Schaufelrad 8 bzw. seinen Träger 17 in die erste Anlagestel­ lung, die durch die gestrichelte Linie A angedeutet ist. Dadurch wird der Kraftschluß zwischen der Antriebswelle 3 und dem Rotor- Schaufelrad 8 unterbrochen und die Hülse 15 nebst Kegelkranz 16 läuft mit der Antriebswelle 3 frei um.

Der erfindungsgemäße Heizgenerator findet insbesondere bei Fahr­ zeugen mit verbrauchsoptimierten Motoren Anwendung, da durch de­ ren geringere Verlustleitung ein Heizleistungsdefizit entsteht, weshalb aus Komfortgründen zusätzliche Heizleistung zur Verfü­ gung gestellt werden muß.

Claims (4)

1. Hydrodynamische Einrichtung als Heizgenerator für ein Kraft­ fahrzeug, der im Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei die hydrodynamische Einrichtung ein Ge­ häuse, ein Rotor-Schaufelrad und ein Stator-Schaufelrad besitzt und über eine elektromagnetische Kupplung in Antriebsverbindung mit der Brennkraftmaschine steht und in Abhängigkeit einer Tem­ peratur eines zu überwachenden Mediums zu- und abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Kupplung (12) mindestens teilweise im Wasserraum (1a) des Gehäuses (2) der hydrodynamischen Einrich­ tung (1) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (2) in einem Pumpen­ gehäuseteil (6) einer Wasserpumpe des Kühlwasserkreislaufes in­ tegriert ist.

2. Hydrodynamische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ankerscheibe (17a) in dem Rotor-Schaufelrad (8) der hy­ drodynamischen Einrichtung (1) integriert ist.

3. Hydrodynamische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen ersten Magneten (10), vorzugsweise einen Dauerma­ gneten, das Rotor-Schaufelrad (8) in einer nicht aktiven Stellung haltbar ist und daß durch einen zweiten, als Elektromagnet aus­ gebildeten Magneten (11), das Rotor-Schaufelrad (8), im Falle ei­ ner erwünschten, zusätzlichen Heizleistung gegen die Kraft des ersten Magneten (10) in kraftschlüssige Verbindung mit einer An­ triebswelle (3) der hydrodynamischen Einrichtung (2) kuppelbar ist.

4. Hydrodynamische Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotor-Schaufelrad (8) axial verschiebbar auf einer Welle (3) angeordnet ist.