DE3522697A1

DE3522697A1 - Anordnung eines ultraschallzerstaeubers in einem mit fluessigem brennstoff betriebenen heizgeraet

Info

Publication number: DE3522697A1
Application number: DE19853522697
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Gaysert; Dieter 7312 Kirchheim Götz; Jakob 7250 Leonberg Hilber
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1985-06-25
Filing date: 1985-06-25
Publication date: 1985-11-07
Also published as: DE3522697C2; SE8602697L; CS262671B2; CS452686A2; FR2583855A1; SU1508971A3; FR2583855B1; US4732322A; SE463331B

Description

■ I

3522B97

J. Eberspächer 1336 D

fberspächerstr. 24

7300 Lsslingen/N. 13. Juni 1985

Anordnung eines Ultraschallzerstäubers in einem mit flüssigem Brennstoff betriebenen Heizgerät

Die Erfindung betrifft die Anordnung eines Ultraschallzerstäubers in einem mit flüssigem Brennstoff betriebenen Heizgerät, das aus einer Brennkammer mit einem an diese anschließenden Wärmetauscher und einer Zündzone, in welche die Zündeinrichtung ragt, sowie einem Brennerkopf mit Mitteln zur Brennstoff- und Verbrennungsluftzufuhr besteht und bei M/elcher der Ultraschallzerstäuber aus einem piezoelektrischen Teil mit zugehöriger Stromzuführung zwischen einem vorderen und einem hinteren metallischen Ieil besteht, wobei der vordere metallische Teil einen Hornstrahler mit angesetztem Zerstäuberteller und der Hornstrahler eine mittige Längsbohrung und der vordere metallische Teil eine dieser Längsbohrung zugeordnete radiale Bohrung zur Brennstoffzufuhr aufweist.

Die Verwendung eines Ultraschallzerstäubers für Brenner zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffes ist bei stationären

13 06 85 -2- -ι

S-

-t-

Heizungsanlagen bekannt, die Verwendung bei Heizgeräten für Fahrzeuge ist jedoch nicht üblich. Lediglich die DE-OS 33 43 617 beschreibt eine Ultraschallzerstäuberanordnung für kleine Heizgeräte und zeigt die Ausgestaltung insbesondere der Zündzone einer derartigen Anordnung.

Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik, wie er in der DE-OS 27 43 863 geoffenbart ist. In dieser Offenlegungsschrift sind eine Anzahl von Lösungen zur Halterung eines Ultraschallzerstäubers in einer stationären Brenneranlage dargestellt und beschrieben. Diese weisen jedoch alle den Nachteil auf, daß durch die Halteelemente eine relativ starke mechanische Bedämpfung der Ultraschal!schwingungen auftritt, ferner, daß die Brennstoffzuführung durch die Schwingungen des Ultraschallschwingers belastet wird. Dabei trägt die Brennstoffzuführung - wie ebenfalls bei der Anordnung gemäß der DE-OS 33 43 617 - selbst zu einer Bedämpfung des Schwingungssystems bei, so daß zum Teil durch die Ausgestaltung der Halterung erzielte Vorteile wieder aufgehoben werden. Bei diesen bekannten Anordnungen wurden die schwingungsphysikalischen Zusammenhänge zwischen der Brennstoffzuführung und der Halterung des Ultraschallschwingers (Ultraschallzerstäubers) nicht beachtet. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht in dem größeren Montageaufwand, insbesondere durch erforderliche Verschraubungen, die überdies in dem schwingenden System besonders gesichert werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattunqsgemäße Anordnung aufzuzeigen, bei welcher ein Ultraschallzerstäuber derartig gelagert und gehalten wird und die Brennstoffzufuhr zu dem Ultraschallzerstäuber so erfolgt, daß die Beeinflussung des Schwingungssystems möglichst gering ist und daß die Verwendung in kleinen Brennereinheiten, insbesondere für Fahrzeugheizungen möglich ist,

13 06 85 -3-

außerdem soll der Ultraschallzerstäuber leicht montierbar sein.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Ultraschallzerstäuber innerhalb des Brennerkopfes in dessen Längsachse in einem mit einer abgesetzten Längsdurchgangsbohrung versehenen Aufnahmekörper angeordnet wird, wobei der Aufnahmekörper im Bereich des Ansatzes der abgesetzten Bohrung eine Ringnut und eine in diese Ringnut mündende radiale Bohrung aufweist, wobei die Ringnut eine Verbindung zu der radialen Bohrung des vorderen (stromabwärtigen) metallischen Teiles darstellt und ferner der Ultraschallzerstäuber durch eine an seinem hinteren (stromaufwärtigen) Teil angreifende schwenkbare Spange federnd an eine-AnJagefläche innerhalb der abgesetzten Bohrung angedrückt wird. Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird erreicht, daß das Brennstoff/uführungsrohr von dem Ultraschallzerstäuber getrennt ist und damit schwjngungnmäßig abgekoppelt ist und dnfl durch die federnde Lagerung eine geringe Bedämpfung auftritt. Außerdem ist diese Anordnung leicht montierbar und kommt ohne einzelne Kleinteile, wie Schrauben, aus.

Um die Einspannstelle möglichst nahe an die schwingenden piezoelektrischen Elemente zu legen, um möglichst wenig Dämpfung der Schwingungen zu verursachen,ist vorgesehen, daß der vordere metallische Teil des Ultraschallzerstäubers eine Höhe von (D + 2a) aufweist, wobei D der Durchmesser der radialen Bohrung und a = die Wandstärke der radialen Bohrung gemessen zur AnJagefläche ist und diese Wandstärke erforderlichenfalls sehr klein, d.h. ca. 0,5..1 mm gehalten werden kann. Damit wird erreicht, daß die Anlagefläche einen nur geringen Abstand zu dem Schwingungsknoten des Ultraschallzerstäubers hat. Um eine sichere Brennstoffversorgung zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die axiale Erstreckung der Ringnut in dem Aufnahmekörper (1,0... 1,5) ' (§ + a) beträgt.
^L13 06 85 -4-

3522B97

-Z-

Zur Verringerung der Bauhöhe des Ultraschallzerstäubers trägt auch bei, daß die Ringnut in der abgesetzten Bohrung im Berei'ch des größeren Durchmessers angeordnet ist. Damit wird eine Anordnung erreicht, bei welcher der Ultraschallzerstäuber mit seinem vorderen, stromabwärtigen Teil auf der durch den Übergang von dem größeren auf den kleineren Durchmesser der Längsdurchgangsbohrung im Aufnahmekörper gebildeten Schulter, die extrem schmal gehalten werden kann, aufsitzt und eine sichere Brennstoffversorgung gewährleistet ist. Zur Verkleinerung der Auflagefläche des Ultraschallzerstäubers in der Längsdurchgangsbohrung des Aufnahmekörpers ist gemäß einer Weiterführung der Erfindung zwischen dem Ultraschallzerstäuber und der Schulter der abgesetzten Bohrung eine Anlagefläche angeordnet. Die An- %

lagefläche kann dabei aus einem einfachen Ring bestehen oder aus einem Profilring, der im Querschnitt eine nach oben gerichtete Spitze aufweist, so daß der Ultraschallzerstäuber nur linienförmig aufliegt.

für die Brennstoffzufuhr hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß in die radiale Bohrung des Aufnahmekörpers eine Leitung zur Brennstoffzuführung eingeführt ist. Damit kann die Leitung flexibel ausgebildet sein und weit genug in die radiale Bohrung des Aufnahmekörpers eingeführt werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei der Montage oder einer späteren Demontage die Brennstoffleitung leicht eingeführt bzw. abgezogen werden kann, ohne daß es hierzu eines besonderen Werkzeuges bedarf. Die Zuführung der elektrischen Anschlüsse an den piezoelektrischen Teil erfolgt über eine Leitung deren Durchführung durch den Brennerkopf zweckmäßigerweise über ein tüllenartiges elastisches Element vorgenommen wird.

i 13 06 Bb -5- i

B-

-h-

Bei den gattungsgemäßen Anordnungen erfolgt die Verbrennungsluftzufuhr stromaufwärts, also vor dem Ultraschallzerstäuber und wird diesen umströmend der Züodzone zugeführt. Um hierzu einen besonders großen Durchströmquerschnitt zu erreichen, ist gemäß einer Weiterführung der Erfindung vorgesehen, daß der Aufnahmekörper über mindestens einen Steg mit dem Brennerkopf verbunden ist, wobei der Steg die radiale Bohrung aufweist. Dabei können die Stege in dem Brennerkopf eingegossen sein und dabei auch als teitflächen für die Verbrennungsluftströmung ausgebildet sein.

t rf'indungswesent 1 ich ist auch die Halterung des Ultraschallzerstäubers mittels der schwenkbar gelagerten federnden Spange. Eine Weiterführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spange vorwiegend stromabwärts abgebogene Fortsätze mit endseitigen Schlaufen trägt, mit denen sie über je einen an der Innenwand des Brennerkopfes angebrachten Stift schwenkbar gelagert ist. Dabei kann der Stift an der Innenfläche des Brennerkopfes angeformt sein. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung wird sichere Zentrierung bei gleichzeitiger Halterung des Ultraschallzerstäubers erreicht. Vorteilhaft ist auch, daß die schwenkbar gelagerte Spange nicht Jose eingelegt ist und deshalb bei einer Demontage; des Zerstäubers nicht verlorengehen kann, wie es z.B. bei Halterungen mittels eingelegter Federn vorkommen kann. Um eine nur punktfönnige Auflage und damit eine nur geringfügige mechanische Bedämpf ung des Ultraschallzerstäubers zu erreichen, weist die vorzugsweise aus Federstahldraht bestehende Spange einen stromabwärts gerichteten mittigen Vorsprung auf. Schließlich ist eine zweckmäßige Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Stirnfläche des Ultraschallzerstäubers eine Einprägung zur Fixierung des mittigen Vorsprunges der Spange aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in 13 06 Qb -6-

.9.

den figuren vereinfacht dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den Brennerkopf, Fig. 2 die Lagerung und Halterung des Ultraschallzerstäubers,

Fig. 3 eine Variante der Lagerung des Ultraschal lzerstäubers.

Fig. 1 zeigt den Brennerkopf 1, der mit dem Gehäuse 2 des Heizgerätes lösbar verbunden ist. Das Gehäuse 2 trägt die Zündkerze 3 zur Zündung des zündfähigen Gemisches in der Zündzone der Heizeinrichtung. An dem Brennerkopf 1 ist ein Stutzen b zur Verbrennungsluftzufuhr angeformt, eine Bohrung 6 trägt einen tüJlenartigen elastischein Linsntz 7 mit. einer Bohrung zur Durchführung der elektrischen Anschlüsse 8 des Ultraschallzerstäubers 9. Ferner sind an dem Brennerkopf 1 nach innen ragende Ansätze angeformt, die der Halterung der schwenkbar angeordneten, aus Federstahldraht bestehenden Spange 11 dienen. Diese vorzugsweise aus Federstahldraht bestehende Spange 11 hat eine zur akustisch u/irksamen Ersatzmasse des Ultraschallzerstäubers 9 selbst vergleichbar geringe Eigenmasse, was zu einer nur geringfügigen Bedämpfung der Zerstäuberschwingung beiträgt.

In der Längsachse 15 des Brennerkopfes 1 befindet sich der Aufnahmekörper 12,in dem der Ultraschallzerstäuber 9 gelagert ist. Dieser Aufnahmekörper 12 ist mit dem Brennerkopf 1 vorzugsweise über zwei oder drei Stege 13, 14 verbunden. (Er kann jedoch auch mittels einer mit Luftdurchtrittsbohrungen versehenen Scheibe mit dem Brennerkopf verbunden sein, wobei in diesem Fall die Spange 11 schwenkbar an einem entsprechenden Element der Srhoibe angeordnet int). Durch die Anordriunq der Steqp 13, 14 wird ι.«ine blunders gule Verbrennungsluftzufuhr erreicht.

13 U6 üt> -7- j,

./to·

J-

Hierbei ist es möglich, die Stege 13, 14 als Luft.Jeitelemente, z.B. in Schaufelform auszubilden. Die Stege 13, 14 können an dem Brennerkopf 1 angeformt-sein. Einer der Stege, in dem Ausführungsbeispiel der Steg 15, weist eine Bohrung 16 auf. Diese dient der Brennstoffzuführung zu dein Ultraschallzerstäuber 9. Im Ausführungsbeinpiel ist eine Brennstoffleitung 17 in der Bohrung 16 angeordnet, natürlich kann auch ein Stutzen angeformt sein. Der Aufriahmekörper 12 u/eist eine Längsdurchgangsbohrung 18 auf. Diese ist als abgesetzte Bohrung mit mindestens einem Abschnitt 18a größeren Durchmessers und einem Abschnitt 18b geringeren Durchmessers ausgebildet. Dabei dient die zwischen den beiden Abschnitten gebildete Schulter (Anlagefläche) 18c als Auflager für den Ultraschallzerstäuber 9. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein weiterer Absatz 18d angeformt, so daß die Auflagefläche für den Ultraschallzerstäuber 9 so gering wie möglich ist. Die Fig. 3 zeigt eine Variante mit einer einmal abgesetzten Bohrung 18 und einem auf der Schulter 18d aufgesetzten Auflagerincj 19. Dieser Ming ist in besonders vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß die Auflage für den Ultraschallzerstäuber 9 nur aus einer Kreislinie besteht und so minimiert ist. Damit wird die mechanische Bedampfung der Zerstäuberschwingungen auf ein Minimum herabgesetzt. In dem Abschnitt 18a größeren Durchmessers ist eine Ringnut 20 angeordnet. Diese wirkt zusammen mit der Brennstoffzuführungsbohrung 16, d.h. der über die Brennstoffleitung 17 zugeführte Brennstoff gelangt in die Ringnut 20 und v/on dort in den Ultraschallzerstäuber 9, ohne daß eine feste Verbindung zwischen dem Zerstäuber 9 und dem Aufnahmeteil 12 besteht. Der Ultraschallzerstäuber 9 ist in bekannter Weise ausgebildet und besteht aus einem aus zwei ringförmigen Scheiben gebildeten piezoelektrischen Wandlerelement 21 mit den zugehörigen elektrischen Anschlüssen 8, tJas mechanisch fest nut einem Amplitudentransformator oder Horn 22 gekoppelt ist. Dabei erfolgt im Wandlerelement 21 die Umformung von elektrischer in ,.13 06 8b> -8- _,

.M-

mechanische Energie, während in dem Horn 22 eine Vergrößerung der Amplitude erzielt wird. Das Horn 22 ist an einem metallischen Teil 23 angeformt und weist an seinem stromabwärtigen Ende einen Zerstäuberteller 24 auf. Das metallische Teil 23 (stromaufwärtiges Teil des Hornes 22) ist mit einer radialen Bohrung 32 versehen, die bis zur Längsachse des Ultraschallzerstäubers 9 reicht und mündet dort in eine Längsbohrung 25 des Hornes 22. Die radiale Bohrung 32 ist in Durchlaßverbindung mit der Ringnut. 20, so daß der Brennstoff über die Brennstoffzuführungsleitung 17, die Ringnut 20, die radiale Bohrung 32 und die I.änqsbohrung 2^C> der /ünrizone 4 zugeführt werden kann. Stromaufwärts des piezoelektrischen Wandierelementes 21 ist ein hinteres metallisches Teil 26 angeordnet, das zugleich als Mutter der Verschraubung des Ultraschall-Zerstäubers 9 dient. Dieses Teil 26 weist als stromaufwärtiqnn Abschluß eine ebene Stirnfläche 27 auf, die zur Fixierung der Spange 11 eine zentrale Vertiefung 28 aufweisen kann, so daß eine punktförmige Berührung zwischen der Spange 11 und der Stirnfläche 27 gegeben ist. Dieses hat eine starke akustische Fehlanpassung zwischen Ultraschallzerstäuber 9 und der Spange 11 zur Folge, was ebenfalls zu einem nur geringfügigen Bedampfen der Zerstäuberschwingung führt.

Die Spange 11 besteht aus Federstahldraht und trägt stromabwärts abgebogene Fortsätze 29 mit endseitigen Schlaufen 30 zur schwenkbaren Laqerung in den Ansätzen 10 des Brennerkopfes 1. Die Spange 11 weist ferner einen stromabwärts gerichteten mittigen Vorsprung 31 auf, der in die zentrale Vertiefung 28 der Stirnfläche 27 des Zerstäubers 9 einrastet und den Ultraschallzerstäuber 9 damit gegen das Auflager 18c preßt und ihn so hält. Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist eine sehr einfache, sichere und schnell zu montierende Anordnung aufgezeigt, die besonders gute Zerstäubunqseigenschaften aufweist und 13 06 85 -9-

für Heizgeräte für fahrzeuqe in vorteilhafter Weise geeignet ist.

13 06 85

Claims

J. Eberspächer 1336 D Eberspächerstr. 24 Esslingen/N. 13.Juni 1985 E_9_t_e_n_t_a_n_s_g_r_ü_c_h_e

1. Anordnung eines Ultraschal]Zerstäubers in einem mit flüssigem Brennstoff betriebenen Heizgerät, das aus einer Brennkammer mit einem an diese anschließenden Wärmetauscher und einer Zündzone, in welche die Zündeinrichtung ragt, sowie einem Brennerkopf mit Mitteln zur Brennstoff- und Verbrennungsluftzufuhr besteht und bei u/elcher der Ultraschallzerstäuber aus einem piezoelektrischen Teil mit zugehöriger Stromzuführung zwischen einem vorderen und einem hinteren metallischen TeiJ besteht, wobei der vordere metallische Teil einen Hornstrahler mit angesetztem Zerstäuberteller und der Hornstrahler eine mittige Längsbnhrung und der vordere? metallische Teil eine dieser I ängsbohrung zugeordnete radiale Bohrung zur Brennstoffzufuhr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daG der Ultraschallzerstäuber ( 9) innerhalb des Brennerkopfes (1 ) in dessen Längsachse (15) in einem mit einer abgesetzten Längsdurchgangsbohrung (18) versehenen Aufnähmekörper (12) angeordnet ist, wobei der Aufnahmekörper (12) im Bereich des Ansatzes der fibgesetzten Bohrung (18) eine Ringnut (20) und eine in diese Ringnut (20) mündende radiale Bohrung (16) aufweist, wobei die Ringnut (20) eine Verbindung zu der radialen Bohrung (32) des vorderen metallischen Teiles (23) darstellt und ferner der Ultraschallzerstäuber (9) durch eine an seinem hinteren (stromaufwärtiqen) TeiJ (26) angreifende schwenkbare Spange (11) federnd an eine AnJageflache (18c) innerhalb der abgesetzten Bohrung (.18) angedrückt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere metallische Teil (23) des Ultraschallzerstäubers (9) eine Höhe von (D + 2a) aufweist, wobei D der Durchmesser der radialen Bohrung (32) und a die Wandstärke der radialen Bohrung (32) zur Anlagefläche (18c) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung der Ringnut (20) in dem Aufnahmekörper (12) (1,0 ...1,5)· ( γ + a) beträgt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (20) in der abgesetzten Bohrung (18) im Bereich des größeren Durchmessers (18a) angeordnet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 ..4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ultraschallzerstäuber (9) und der Schulter (18d) der abgesetzten Bohrung (18) ein Anlagering (19) angeordnet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1...5, dadurch gekennzeichnet, daß in die radiale Bohrung (16) des Aufnahmekörpers (12) eine Leitung (17) zur Brennstoffzuführung eingeführt ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 ...6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (J2) über mindestens einen Steg (13) mit dem Brennerkopf (1) verbunden ist, wobei der Steg (13) die radiale Bohrung (16) aufweist.

13 06 85 -3-

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spange (11) vorwiegend stromabwärts abgebogene Fortsätze (29) mit endseitigen Schlaufen (30) trägt, inist denen sie über je einen an der Innenwand des Brennerkopfes (1) angebrachten
Ansatz (10) schwenkbar gelagert ist.

Anordnung nach Anspruch 1, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Stirnfläche (27) des Ultraschallzerstäubers (9) eine Einprägung (28) zur Fixierung des mittigen V/orsprunges (31) der Spange (11) aufweist.

13 06 85