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Die
Erfindung betrifft einen Ejektor für einen Kältekreis,
insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Herstellungsverfahren für einen
solchen Ejektor.
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EP 0 487 002 A2 beschreibt
einen Kältekreislauf, bei dem zur Verbesserung des Wirkungsgrads
ein Ejektor anstelle eines herkömmlichen Expansionsventils
vorgesehen ist. Dabei wird ein Strom flüssigen Kältemittels
durch ein Düsenglied in einen Raum eingespritzt, wobei
eine Saugleitung von einem Verdampfer in einen Saugbereich auf Höhe
des Düsenglieds mündet.
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JP 2003097499 A beschreibt
einen Ejektor für einen Kältekreis, bei dem die
Kontur eines Mischrohrs durch Harz ausgebildet ist.
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JP 2004239145 A beschreibt
einen Ejektor für einen Kältekreislauf, bei dem
ein Düsenglied des Ejektors durch Sinterung hergestellt
ist.
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DE 10 2005 021 396
A1 beschreibt einen Kältekreis mit einem Ejektor,
bei dem ein Kältemittelstrom auf zwei Verdampfer aufteilbar
ist.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen Ejektor für einen
Kältekreis anzugeben, der besonders kostengünstig
herstellbar ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren
für einen solchen Ejektor anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird für einen eingangs genannten Ejektor erfindungsgemäß mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch
die Ausbildung zumindest eines von beiden, Düsenglieds
oder Mantelglied, als Umformteil ist eines dieser für den
Ejektor kritischen und aufwendigen Bauteile besonders einfach und
kostengünstig, so dass sich die Herstellungskosten für
den Ejektor insgesamt reduzieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Düsenglied
als Umformteil ausgebildet. In bevorzugter aber nicht notwendiger
Detailgestaltung ist es dabei aus einem Rohrteil ausgebildet, insbesondere auf
einfache Weise durch Stauchung und/oder Aufweitung. Die regelmäßig
sehr genau einzuhaltenden Maße der Innenkontur des Düsenglieds
können dabei z. B. durch einen Anlegedorn gewährleistet
werden. Ein solches Düsenglied kann insbesondere vollständig
ohne urgeformte Teile durch Umformung aus Halbzeugen hergestellt
werden.
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Allgemein
vorteilhaft ist an dem Düsenglied eine Sicke, insbesondere
durch Umformung, zur Positionierung bei einer Montage ausgebildet.
Die erforderliche genaue Positionierung ist dabei durch einfache
Weise gewährleistet, wobei die Ausformung einer Sicke im
Rahmen der Umformung. z. B. eines Rohrteils zu dem Düsenglied,
einfach und effektiv ist und zudem, z. B. im Zuge einer Verlötung
der Bauteile einen sicher dichtenden Anschluss des Düsenglieds,
an den restlichen Ejektor unterstützt.
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Weiterhin
umfasst das Mantelglied in vorteilhafter Ausführungsform
zumindest einen Saugabschnitt, die als Einlaufabschnitt mit veränderlichem Querschnitt
ausgebildete Erweiterung und einen Mischabschnitt. In bevorzugter
Detailgestaltung ist dabei nach dem Mischabschnitt ein Diffusorabschnitt mit
veränderlichem Querschnitt an dem Mantelglied vorgesehen.
Unter einer Erweiterung im Sinne der Erfindung ist allgemein jeder
Raumbereich zu verstehen, in den das Düsenglied mündet.
Dieser Raumbereich kann je nach Anforderungen beliebig geformt sein
und insbesondere einen veränderlichen Querschnitt aufweisen.
Bevorzugt, aber nicht notwendig, kann sich der Querschnitt dabei
in Strömungsrichtung des Kältemittels verjüngen.
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Bei
einer besonders kostengünstigen Ausführungsform
ist das Mantelglied als Umformteil hergestellt. In bevorzugter Detailgestaltung
erfolgt die Herstellung durch Fließpressen und/oder Aufweitung aus
einem Rohrteil. Insbesondere bevorzugt kann dabei auf urgeformte
Teile des Mantelglieds verzichtet werden, so dass das Mantelglied
vollständig durch Umformung aus einem Halbzeug herstellbar
ist.
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In
weiter optimierter Ausführungsform ist das Düsenglied
mittels eines das Mantelglied abschließenden Deckelteils
gegenüber dem Mantelglied gehalten. Kostengünstig
und einfach kann das Deckelteil dabei ebenfalls als Umformteil,
insbesondere als Stanzteil aus lotplattiertem Blech ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist eine Anschlussöffnung zur Verbindung
mit einer Saugleitung an dem Deckelteil angeordnet. Dies ermöglicht
insbesondere, dass das Mantelglied auf einfache Weise, z. B. aus einem
Rohrteil, herstellbar ist, ohne dass die Anschlussöffnung
aufwendig an dem Mantelglied vorgesehen werden muss. Grundsätzlich
ist es im Sinne der Erfindung nicht notwendig, dass Düsenglied
und Mantelglied durch ein Deckelteil miteinander verbunden werden,
da je nach gegebenen Materialstärken und gewünschter
Dimensionierung auch denkbar ist, dass ein dem Deckteil ähnlicher
Abschluss zum Beispiel durch Umformung unmittelbar an dem Mantelglied
ausgebildet ist, wodurch insbesondere das Düsenglied unmittelbar
mit dem Mantelglied verbunden sein kann.
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In
bevorzugter Detailgestaltung der Erfindung ist ein insbesondere
aus Umformteilen ausgebildeter Strömungsteiler an dem Mantelglied
angeordnet. Der Strömungsteiler bewirkt ein eine Aufteilung
des Kältemittelstroms stromabwärts des Düsenglieds
in zwei oder mehr Teilströme. Vorteilhaft kann der Strömungsteiler
dabei aus zumindest zwei Halbschalen ausgebildet sein, wodurch er
einfach und kostengünstig herstellbar ist. Ein solcher
Strömungsteiler ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
zur Optimierung des Wirkungsgrads eine Aufteilung des Kältemittelstroms
z. B. auf zwei Verdampfer vorgesehen ist. Eine solche Vorrichtung
ist in der Druckschrift
DE 10 2005 021 396 A1 beschrieben. Die Integration eines
hierfür erforderlichen Strömungsteilers in den Ejektor
ist besonders einfach und kostengünstig.
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Allgemein
bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Ejektor ausschließlich
aus Umformteilen ausgebildet ist. Umformteile ermöglichen
eine besonders kostengünstige Herstellung bei großen
Stückzahlen und geringen Ausschussraten. Unter einer Umformung
im Sinne der Erfindung ist dabei jeder Schritt einer plastischen
Deformation des Bauteils zu verstehen. Auch ein Bauteil wie z. B.
ein Deckelteil mit durch Stanzung hergestellten Öffnungen,
bei denen im Zuge der Stanzung auch eine teilweise Umformung erfolgt
oder eine Umformung nach oder vor der Stanzung erfolgt, ist als
Umformteil im Sinne der Erfindung zu verstehen. Das durch die Umformung
im Sinne der Erfindung zu bearbeitende Bauteil kann insbesondere
ein Halbzeug wie etwa ein Blech, Rohr, Profil, Strangpressprofil
oder Ähnliches sein, das bereits Bearbeitungen, etwa durch
Stanzen, Bohren, Schneiden oder Ähnliches, aufweisen kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird für ein eingangs genanntes Verfahren
durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst. Das Umformen
eines Bauteils zu dem Düsenglied und/oder dem Mantelglied
ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des
Ejektors, insbesondere wenn das Düsenglied und/oder das
Mantelglied aus einem einfachen Rohrteil geformt wird.
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In
bevorzugter Detailgestaltung umfasst das Verfahren zudem einen oder
mehrere der folgenden Verfahrensschritte:
- – Umformen
eines Bauteils, insbesondere Rohrteils, zu dem Mantelglied, insbesondere
mittels Fließpressen und/oder Aufweiten;
- – Umformen eines Bauteils, insbesondere Blechteils,
zu einem Deckelteil, insbesondere zusätzlich mittels Stanzung.
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Der
Verfahrensschritt der Stanzung kann dabei eine Umformung im Zuge
der Stanzung umfassen oder auch einen Umformschritt separat zu der
Stanzung vorsehen. Insbesondere ist damit z. B. eine Anschlussöffnung
des Deckelteils gemeint, die einen Kragen zur Festlegung z. B. des
Düsenglieds aufweist.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst
zudem den Schritt:
- – Verlöten
zumindest des Mantelglieds und des Düsenglieds, insbesondere
in einem Lötofen.
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Auf
diese Weise kann der Ejektor aus lotplattierten Blechteilen, insbesondere
Aluminiumblechen, mechanisch vormontiert und seine Bauteile insgesamt
in einem Lötofen kältemitteldicht und druckfest verbunden
werden. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, den Ejektor zusammen
mit einem nachfolgenden Verdampfer oder auch anderen Bauteilen wie
einem Phasenabscheider vorzumontieren und insgesamt in dem Lötofen
zu verlöten. Es kann auch eine Kombination von Schweißen
und Löten vorliegen, z. B. eine Verschweißung
von Einzelteilen eines Verdampfers und anschließender Verlötung
des Ejektors mit dem Verdampfer in einem Lötofen. Grundsätzlich
können auch Einzelteile des erfindungsgemäßen
Ejektors miteinander verschweißt werden oder auch eine
Kombination von Schweißen und Löten vorliegen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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1 zeigt
eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ejektors.
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2 zeigt
eine Detailvergrößerung des Ejektors aus 1.
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3 zeigt
eine weitere Detailvergrößerung des Ejektors aus 1 im
Bereich eines Strömungsteilers.
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4 zeigt
eine stirnseitige Draufsicht auf den Strömungsteiler des
Ejektors aus 3.
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Der
in 1 gezeigte Ejektor umfasst ein materialeinheitlich
einstückiges Mantelglied 1, das, in der Zeichnung 1 in
Strömungsrichtung eines Käl temittels von links
nach rechts betrachtet, einen Saugabschnitt 1a, einen Einlaufabschnitt 1b,
einen Mischabschnitt 1c und einen Diffusorabschnitt 1d umfasst.
Das Mantelglied 1 ist als Rotationskörper ausgebildet
und vorliegend als Umformteil aus einem Rohr aus Aluminium hergestellt.
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Die
Umformung aus dem Rohrteil erfolgt mittels Fließpressen
und Aufweitung. Die Zeichnung 1 ist maßstabsgerecht,
wobei die vom Abschnitt 1a bis zum Abschnitt 1c veränderliche
Wanddicke des Mantelglieds 1 ersichtlich ein Ergebnis der
Umformung durch Fließpressen ist.
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Der
Saugabschnitt 1a des Mantelglieds 1 hat einen
konstanten Durchmesser, der zugleich der größte
Innendurchmesser des Mantelglieds 1 ist. Der in Strömungsrichtung
anschließende Einlaufabschnitt verjüngt sich im
Innendurchmesser in Einströmrichtung eines Kältemittels
bzw. von links nach rechts in der Zeichnung 1. Der daran
anschließende Mischabschnitt 1c hat einen konstanten Durchmesser
und ist relativ lang ausgebildet, um eine Homogenisierung des Kältemittelsstroms
zu ermöglichen.
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Nachfolgend
schließt sich an den Mischabschnitt 1c Diffusorabschnitt 1d an,
der eine konische Erweiterung seines Innendurchmessers gefolgt von einem
Abschnitt konstanten Innendurchmessers aufweist. Zumindest der sich
konisch erweiternde Teil des Diffusorabschnitts 1d ist
durch Aufweitung eines Überstands des Mischabschnitts 1c ausgebildet.
Der Teil konstanten Durchmessers des Diffusorabschnitts 1d kann
entweder auch durch Aufweitung hergestellt sein oder auch durch
Ansetzen einer zylindrischen Rohrhülse.
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Innerhalb
des Mantelglieds 1 ist im Bereich von Saugabschnitt 1a und
Einlaufabschnitt 1b ein Düsenglied 2 angeordnet,
das einen Zuleitungsabschnitt 2a von konstantem Durchmesser,
einen ersten Düsenabschnitt 2b von sich in Strömungsrichtung
des Kältemittels konisch verjüngendem Durchmesser,
eine Engstelle 2c von minimalem Durchmesser und einen nachfolgenden
zweiten Düsenabschnitt 2d von sich konisch in
Strömungsrichtung erweiterndem Durchmesser umfasst.
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Weiterhin
hat das Düsenglied 2 eine Wulst 3, die
nach Art einer Sicke um den gesamten Umfang des Düsenglieds 2 umläuft
und so eine radiale Vorkragung im Bereich des Zuleitungsabschnitts 2a ausbildet.
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Das
gesamte Düsenglied 2 ist als Umformteil aus einem
Rohrteil aus Aluminium ausgebildet. Die Umformung erfolgt dabei
mittels Stauchung und Aufweitung. Dabei entspricht der Zuleitungsabschnitt 2a dem
ursprünglichen Rohrteil, wobei die Sicke 3, der erste
Düsenabschnitt 2b und die Engstelle 2c durch Stauchung
und/oder Aufweitung aus dem Rohrteil ausgebildet werden. Die für
die Funktion des Düsenglieds wichtige Einhaltung der Maße
der Innenkontur insbesondere der Düsenabschnitte 2b, 2d und
der Engstelle 2c können dabei durch einen Anlegedorn gewährleistet
werden.
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Das
Düsenglied 2 ragt in das Mantelglied 1 hinein,
wobei die Höhe des ersten Düsenabschnitts 2b sich
in etwa im Bereich des Übergangs vom Saugabschnitt 1a zum
Einlaufabschnitt 1b des Mantelglieds 1 befindet.
Der zweite Düsenabschnitt 2d mündet etwa
nach zwei Dritteln des sich konisch in Strömungsrichtung
verjüngenden Einlaufabschnitts 1b. Im Bereich
der Mündung hat der Einlaufabschnitt 1b einen
vielfachen Durchmesser der Mündung des zweiten Düsenabschnitts 2d und
stellt somit eine Erweiterung für den Kältemittelstrahl
dar, so dass im Betrieb eine Ejektion des Kältemittelstroms
aus dem Düsenglied in die Erweiterung 1b erfolgt.
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Das
Düsenglied 2 ist gegenüber dem Mantelglied 1 mittels
eines Deckelteils 4 positioniert gehalten. Das Deckelteil 4 liegt
auf dem Rand des zylindrischen Saugabschnitts 1a des Mantelglieds 1 auf
und umfängt diesen mit einer umlaufenden, kragenartigen
Aufbiegung 4a. Im Zentrum des Deckelteils 4 ist eine
kreisförmige Durchbrechung 4b mit einer in das Mantelglied
ragenden Aufbiegung angeordnet. In diese Durchbrechung 4b ist
das Düsenglied 2 eingeschoben, wobei die Sicke 3 an
den Rand der Durchbrechung 4b anschlägt. Wie insbesondere 2 zeigt,
wird das Düsenglied 2 durch die Aufbiegung 4b und
die Sicke 3 in Richtung und Tiefe positioniert gehalten,
so dass eine einfache mechanische Vormontage von Düsenglied 2 und
Mantelglied 1 auch bezüglich der genauen Positionierung
zueinander gegeben ist.
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Weiterhin
umfasst das Deckelteil 4 eine exzentrische kreisförmige
Durchbrechung 4c mit einer umlaufenden, vom Mantelglied
weg weisenden Aufbiegung nach Art eines Kragens, die ähnlich
der Aufbiegung der Durchbrechung 4b der Aufnahme eines Saugrohrs 5 dient.
Das Saugrohr 5 führt von einem Verdampfer eines
Kältekreises zu dem Ejektor, wobei im Betrieb auf bekannte
Weise das flüssige oder verdampfte Kältemittel
bedingt durch den mit hoher Geschwindigkeit in den Einlaufabschnitt 1b ejektierten Kältemittelstrom
in den Saugabschnitt 1a gesaugt wird. Der Ejektor funktioniert
dabei bezüglich der Ansaugung des Kältemittels
aus dem Saugrohr 5 ähnlich einer Strahlpumpe.
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Das
Deckelteil 4 ist aus einem zumindest einseitig, insbesondere
zweiseitig lotplattierten Blech hergestellt, wobei seine kreisförmige äußere
Begrenzung und die beiden Durchbrechungen 4b, 4c durch Stanzung
hergestellt werden. Entweder unmittelbar im Zuge der Stanzung oder
in einen nachfolgenden Umformschritt werden die Aufbiegungen 4a, 4b, 4c ausgebildet.
Das Deckelteil 4 ist somit ebenfalls ein Umformteil im
Sinne der Erfindung. Das Mantelglied und das Düsenglied
weisen im vorliegenden Beispiel keine Lotplattierung auf.
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Insgesamt
können so auf einfache Weise Düsenglied 2,
Mantelglied 1 und Deckelteil 4, ggf. zusammen
mit der Saugleitung 5, mechanisch vormontiert werden. Danach
können sie in einen Lötofen verbracht werden,
wobei durch Aufschmelzen und Verfestigen der Lotplattierung des
Deckelteils 4 eine sichere, gut positionierte und dichtende
Verbindung der Bauteile aneinander erfolgt.
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Insgesamt
ist dieses Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen
Ejektors besonders einfach, kostengünstig und sicher.
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Der
Ejektor gemäß dem Ausführungsbeispiel weist
zudem einen integriert ausgebildeten Strömungsteiler
6 auf,
da der Ejektor zur Verwendung mit einem Kältekreis gemäß der
Druckschrift
DE
10 2005 021 396 A1 , dort z. B. nach
3, vorgesehen
ist. Der Strömungsteiler
6 teilt den Kältemittelstrom des Diffusorabschnitts
1d in
einen ersten Teilstrom in einem ersten Kanal
6a und einen
zweiten Teilstrom in einem zweiten Kanal
6b auf. An den
Strömungsteiler, der im Querschnitt in etwa eine Y-Form
hat, schließen sich zwei Kältemittelrohre
7,
8 an,
die zu zwei Verdampfern des Kältekreises führen.
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Wie
insbesondere die Zeichnungen 3 und 4 zeigen,
ist der Strömungsteiler 6 aus zwei Halbschalen 6c, 6d zusammengesetzt,
die in der Draufsicht im Wesentlichen y-förmig sind. Die
halbschalen 6c, 6d werden durch Umformung von
lotplattierten Aluminiumblechen hergestellt. Bei der Montage umfangen
die Halbschalen 6c, 6d mittels im Querschnitt
jeweils halbkreisförmiger Ansätze die zylindrischen
Enden von Diffusorabschnitt 1d und den Kältemittelrohren 7, 8.
Zur mechanischen Vormontage werden dabei randseitige Laschen 6e der
Halbschalen 6c, 6d umgebördelt (siehe 3, 4),
so dass die mit dem Strömungsteiler 6 verbundenen
Rohrenden sicher klemmend gehalten werden. Bei der Verlötung
im Lötofen, die zusammen mit Mantelglied, Düsenglied
und Deckelteil 4 erfolgt, findet eine dichtende und sichere
Verbindung des Strömungsteilers 6 mit den Rohrenden 1d, 7, 8 statt.
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Bei
der Verlötung im Lötofen können auch
einer oder mehrere der Verdampfer (nicht dargestellt), ein Phasentrenner
(nicht dargestellt) oder sonstige weitere Bauteile des Kältekreises
gleichzeitig verlötet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0487002
A2 [0002]
- - JP 2003097499 A [0003]
- - JP 2004239145 A [0004]
- - DE 102005021396 A1 [0005, 0013, 0039]