DE102016212858A1

DE102016212858A1 - Saugstrahlpumpe

Info

Publication number: DE102016212858A1
Application number: DE102016212858.2A
Authority: DE
Inventors: Bernd Pauer; Bastian Lücke
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: WO2018011130A1; EP3485159A1; DE102016212858B4; US11280353B2; US20190331140A1; CN109312698A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Saugstrahlpumpe (10) zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftstofftank oder aus einem Kraftstofftank heraus, wobei die Saugstrahlpumpe (10) einen Strömungskanal (15) und eine Düse aufweist, wobei der Strömungskanal (15) eine Zuleitung zur Düse bildet und der Strömungskanal (15) einteilig mit der Düse ausgebildet ist, wobei zur Herstellung die folgenden Schritte nacheinander durchgeführt werden: – Einlegen eines Formkerns in eine Matrix zur Erzeugung der Saugstrahlpumpe (10) durch Spritzgießen, – Umspritzen des Formkerns und Ausfüllen des zwischen Formkern und Matrix ausgebildeten Hohlraums durch einen Kunststoff, – Entfernen des Formkerns durch eine der Düse gegenüberliegende Montageöffnung (11) im Strömungskanal (15), – Verschließen der Montageöffnung (11) durch thermisches Umformen des zur Herstellung verwendeten Kunststoffes im Randbereich der Montageöffnung (11). Außerdem betrifft die Erfindung eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt Saugstrahlpumpe.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Saugstrahlpumpe zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftstofftank oder aus einem Kraftstofftank heraus, wobei die Saugstrahlpumpe einen Strömungskanal und eine Düse aufweist, wobei der Strömungskanal eine Zuleitung zur Düse bildet und der Strömungskanal einteilig mit der Düse ausgebildet ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Saugstrahlpumpe.
Stand der Technik
Zur Förderung von Kraftstoff aus dem Tank werden neben zumindest einer elektrischen Haupt-Kraftstoffförderpumpe auch weitere Pumpen verwendet um sicherzustellen, dass die elektrische Haupt-Kraftstoffförderpumpe in jeder Betriebssituation des Kraftfahrzeugs und bei jedem Füllzustand des Tanks ausreichend Kraftstoff fördern kann. Dies ist insbesondere in zerklüfteten Tanks notwendig.
Hierzu werden insbesondere sogenannte Saugstrahlpumpen verwendet. Durch eine Saugstrahlpumpe wird zur Förderung des Kraftstoffs ein Treibstrahl durch eine geeignet ausgestaltete Düse gefördert. Hierdurch wird an einem nachgeschalteten Saugrohr ein Unterdruck erzeugt wodurch Kraftstoff aus der Umgebung des Eingangs des Saugrohrs angesaugt wird. Dieser Kraftstoff wird beispielsweise zur Haupt-Kraftstoffförderpumpe gefördert und von dort zum Verbrennungsmotor. Der für den Betrieb der Saugstrahlpumpe benötigte Treibstrahl wird von dem von der Haupt-Kraftstoffförderpumpe geförderten Volumenstrom abgezweigt.
Im Stand der Technik sind sowohl Vorrichtungen bekannt, die eine einzelne Saugstrahlpumpe im Tank vorsehen, als auch Vorrichtungen, die eine Mehrzahl von Saugstrahlpumpen vorsehen. Die Auslegung der Saugstrahlpumpen erfolgt unter der Einbeziehung der jeweiligen Randbedingungen für den Betrieb, wie unter anderem dem Arbeitsdruckbereich der Haupt-Kraftstoffförderpumpe, der Förderhöhe, der Fördermenge, der Arbeitstemperatur oder der Viskosität des Kraftstoffs.
Die Saugstrahlpumpen sind insbesondere derart ausgelegt, dass eine ausreichende Kraftstoffförderung über den gesamten Temperaturbereich des Kraftstoffs gewährleistet ist. Die Förderleistung der Saugstrahlpumpe ist unter anderem stark durch die konstruktive Gestaltung der Saugstrahlpumpe bestimmt, weswegen eine dynamische Anpassung der Förderleistung nur in engen Grenzen durch eine Variation des Treibstrahls möglich ist. Dies führt dazu, dass die Saugstrahlpumpen derart ausgelegt werden, dass sie auch bei sehr schlechten Umgebungsbedingungen eine ausreichende Förderleistung bieten.
Saugstrahlpumpen werden beispielsweise aus Kunststoffen unter der Verwendung eines Spritzgussverfahrens hergestellt. Zur Erzeugung der Düse und dem der Düse in Strömungsrichtung vorgeschalteten Strömungskanal werden hierzu Formteile eingesetzt, die mit Kunststoff umspritzt werden. Bei einer einteiligen Saugstrahlpumpe, bei welcher der zur Düse führende Strömungskanal mit der Düse selbst einteilig verbunden ist, ergibt es sich zwangsläufig, dass an dem der Düse gegenüberliegenden Ende des Strömungskanals eine Öffnung durch das Formteil entsteht. Dies geschieht durch das Formteil, welches das Innenvolumen des Strömungskanals und der Düse während des Spritzgießens einnimmt. Um dieses nach dem Spritzgießen zu entfernen, muss es in Richtung des größeren Innendurchmessers aus dem gespritzten Bauteil entfernt werden. Andernfalls könnten Hinterschneidungen im Bauteil ein Entfernen des Formteils nach dem Spritzgießen verhindern. Die zusätzlich aus Fertigungsgründen entstehende Öffnung am Strömungskanal muss anschließend verschlossen werden, um die volle Funktionalität der Saugstrahlpumpe sicherzustellen.
Im Stand der Technik sind hierzu Saugstrahlpumpen bekannt, deren der Düse gegenüberliegende Öffnung durch das Einpressen einer Metallkugel verschlossen ist.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist, dass das Verschließen durch das Einpressen einer Metallkugel nur Sicherheit bis zum Erreichen eines definierten Förderdrucks der Saugstrahlpumpe ermöglicht. Im Lichte der zukünftig steigenden Förderdrücke im Kraftstofffördersystem sind mit den bekannten Lösungen Funktionsausfälle der Saugstrahlpumpe durch ausgelöste Verschlusskugeln zu erwarten.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eine Saugstrahlpumpe zu schaffen, welches die Herstellung einer Saugstrahlpumpe mit einem verbesserten Verschluss der Montageöffnung an dem der Düse vorgeschalteten Strömungskanal ermöglicht. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung eine durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Saugstrahlpumpe zu schaffen.
Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung einer Saugstrahlpumpe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Saugstrahlpumpe zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftstofftank oder aus einem Kraftstofftank heraus, wobei die Saugstrahlpumpe einen Strömungskanal und eine Düse aufweist, wobei der Strömungskanal eine Zuleitung zur Düse bildet und der Strömungskanal einteilig mit der Düse ausgebildet ist, wobei zur Herstellung die folgenden Schritte nacheinander durchgeführt werden:

– Einlegen eines Formkerns in eine Matrix zur Erzeugung der Saugstrahlpumpe durch Spritzgießen,
– Umspritzen des Formkerns und Ausfüllen des zwischen Formkern und Matrix ausgebildeten Hohlraums durch einen Kunststoff,
– Entfernen des Formkerns durch eine der Düse gegenüberliegende Montageöffnung im Strömungskanal,
– Verschließen der Montageöffnung durch thermisches Umformen des zur Herstellung verwendeten Kunststoffes im Randbereich der Montageöffnung.

Es ist im Stand der Technik bekannt, dass Saugstrahlpumpen aus Kunststoff hergestellt werden. Spritzgießen ist insbesondere für die Kunststoffverarbeitung ein gebräuchliches Fertigungsverfahren, das es erlaubt feingliedrige Bauteile zu erzeugen. Das Umspritzen von Formkernen in Matrizen ermöglicht es dabei eine große Vielzahl von unterschiedlichen Bauteilen mit hohen Freiheitsgraden zu erzeugen.
Mit einer Matrix ist insbesondere eine Form gemeint, in welche Formkerne eingelegt werden können. Die zwischen der Form und den Formkernen entstehenden Hohlräume werden nachfolgend mit einem Kunststoff ausgespritzt. Die Gestaltung der Formkerne erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass keine Hinterschneidungen erzeugt werden, so dass die Formkerne auf einfache Weise aus dem erzeugten Bauteil gezogen werden können.
Für diesen Zweck wird in der Saugstrahlpumpe eine Montageöffnung vorgesehen. Um eine funktionierende Saugstrahlpumpe zu erzeugen muss diese Montageöffnung jedoch verschlossen werden, um eine gerichtete Förderung des Kraftstoffs zu ermöglichen.
Um eine besonders druckstabile Verschließung der Montageöffnung zu erreichen ist es besonders vorteilhaft ein formgebendes Verfahren, insbesondere ein thermisches Umformen, zu verwenden, das eine dauerhafte Verschließung ermöglicht. Das Heißverstemmen sieht einen Stempel vor, welcher erwärmt werden kann, um den verwendeten Kunststoff über eine definierte Mindesttemperatur zu erwärmen und unter Druck eine thermoplastische Verformung herbeizuführen. Der Stempel kann dabei vorzugsweise an die zu erreichende Form angepasst sein, die durch das Heißverstemmen erreicht werden soll.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Montageöffnung vor dem thermischen Umformen durch das Einsetzen einer Metallkugel verschlossen wird.
Durch das Einsetzen einer Metallkugel kann die Stabilität der Saugstrahlpumpe im Bereich der zu verschließenden Montageöffnung beeinflusst werden. Außerdem kann durch die Metallkugel die Formgebung des durch das Heißverstemmen zu verformenden Materials vereinfacht werden, da das erwärmte Material an die Außenkontur der Metallkugel angeformt werden kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Metallkugel in die Montageöffnung eingepresst wird. Das Einpressen ist vorteilhaft, um einen festeren Sitz der Metallkugel zu erzeugen und so die Stabilität, insbesondere die Dichtheit, des Verschlusses der Montageöffnung zu verbessern.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkugel durch das thermische Umformen in der Montageöffnung fixiert ist. Dies ist vorteilhaft, um einen besonders stabilen Verschluss der Montageöffnung zu erzeugen. Die Metallkugel kann vollständig oder teilweise von dem verformten Kunststoff umschlossen werden. Vorzugsweise ist bei einem teilweisen Umschluss der Metallkugel durch den Kunststoff die verbleibende Montageöffnung im Öffnungsquerschnitt geringer als der Durchmesser der Metallkugel.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn das thermische Umformen durch Heißverstemmen erfolgt, wobei ein erwärmter Stempel unter Druck auf einen Außenbereich des Strömungskanals, insbesondere die Montageöffnung beziehungsweise deren Umrandung, einwirkt, wobei ein Materialanteil des Strömungskanals beziehungsweise der Umrandung der Montageöffnung erwärmt und verformt wird. Heißverstemmen ist auf einfache Weise in einem Serieneinsatz zur Ausbringung höher Stückzahlen einsetzbar und erlaubt eine Formgebung mit hohen Freiheitsgraden.
Die Aufgabe hinsichtlich der Saugstrahlpumpe wird durch eine Saugstrahlpumpe mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Saugstrahlpumpe zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftstofftank oder aus einem Kraftstofftank heraus, wobei der Strömungskanal geradlinig ausgebildet ist und die Montageöffnung an dem der Düse abgewandten Ende des Strömungskanals in der den Strömungskanal in axialer Richtung begrenzenden Wandung angeordnet ist.
Der Strömungskanal ist bevorzugt entlang einer axialen Richtung durchströmbar und in radialer Richtung durch umlaufende Wandungen begrenzt. Der Strömungskanal weißt bevorzugt entlang seiner axialen Erstreckung einen gleichbleibenden Durchmesser auf. In einer alternativen Ausgestaltung kann auch ein entlang der axialen Richtung veränderlicher Querschnitt ausgebildet sein. Die Düse schließt sich vorteilhafterweise direkt in axialer Richtung an einen der Endbereiche des Strömungskanals an. Die Düse erzeugt eine Verjüngung des Querschnitts von der Größe des Strömungskanals hin zur Größe der Düsenöffnung.
Besonders vorteilhaft ist die Montageöffnung in axialer Richtung an dem der Düse entgegengesetzten Endbereich des Strömungskanals angeordnet. Dies erleichtert die Herstellung, da der Formkern in axialer Richtung aus der Düse und dem Strömungskanal herausgezogen werden kann.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Strömungskanal eine die Wandung des Strömungskanals in radialer Richtung durchstoßende Zuleitungsöffnung aufweist, wobei die Zuleitungsöffnung direkt benachbart zur Montageöffnung angeordnet ist. Eine solche Zuleitungsöffnung ist bevorzugt fluidisch mit einer Fluidleitung der Haupt-Kraftstoffförderpumpe verbunden, so dass der durch die Saugstrahlpumpe geförderte Kraftstoff direkt von der Haupt-Kraftstoffförderpumpe stammt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Strömungskanal und die Düse eine gemeinsame Mittelachse aufweisen. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Saugstrahlpumpe dann besonders leicht herstellbar ist und die Druckverluste innerhalb der Saugstrahlpumpe minimiert werden können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Schnittansicht durch eine Saugstrahlpumpe wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wobei in die Montageöffnung am axialen Ende des Strömungskanals eine Metallkugel zum Verschluss der Montageöffnung eingepresst ist,
2 eine Schnittansicht durch den axialen Endbereich des Strömungskanals einer Saugstrahlpumpe, wobei zusätzlich zum Einpressen der Metallkugel ein Heißverstemmen des Gehäuses der Saugstrahlpumpe erfolgt ist, um die Metallkugel formschlüssig in der Montageöffnung zu fixieren, und
3 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine Saugstrahlpumpe 1 wie sie im Stand der Technik bekannt ist. Die Saugstrahlpumpe 1 weist einen Strömungskanal 2 auf, welcher entlang der Pfeile 4 und 5 durchströmbar ist und der an seinem rechten axialen Endbereich in die Düse 3 mündet. Der Strömungskanal 2 weist eine Umlenkung 6 auf, die zur Umlenkung des durch den Strömungskanal 2 strömenden Kraftstoffes dient. Der Kraftstoff wird bevorzugt mittels einer Haupt-Kraftstoffförderpumpe durch den Strömungskanal 2 gefördert.
Nach dem Durchströmen der Düse 3 strömt der Kraftstoff in ein der Düse 3 nachgeschaltetes Saugrohr 9 über. Durch die Beschleunigung des Kraftstoffs beim Durchströmen der Düse 3 entsteht direkt am Düsenaustritt ein Unterdruck, der den Kraftstoff im Eingangsbereich des Saugrohrs 9 mitreißt, wodurch eine Kraftstoffförderung durch das Saugrohr 9 erzeugt wird.
Am linken axialen Endbereich des Strömungskanals 2 ist eine Montageöffnung 8 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel der 1 durch eine eingepresste Metallkugel 7 verschlossen ist. Die Montageöffnung 8 dient insbesondere zum Entfernen des Formkerns, der zur Herstellung der Saugstrahlpumpe 1 durch ein Spritzgussverfahren verwendet wurde. Es ist zu erkennen, dass die Montageöffnung 8 einen leicht größeren Querschnitt aufweist als der nachgeschaltete Strömungskanal 2 und insbesondere als die nachgeschaltete Düse 3. Dies begünstigt die Fertigung, da entlang des Strömungskanals 2 und der Düse 3 keine Hinterschneidungen erzeugt werden. Ein in der Saugstrahlpumpe 1 angeordneter Formkern kann daher auf einfache Weise durch die Montageöffnung 8 entfernt werden.
Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Saugstrahlpumpe 10, wobei in dem Ausschnitt der 2 insbesondere der linke axiale Endbereich des Strömungskanals 15 dargestellt ist, der die Montageöffnung 11, die Metallkugel 12 und die Umlenkung 13 aufweist. Weiterhin ist der durch Heißverstemmen erzeugte verformte Gehäusebereich 14 gezeigt, der die Metallkugel 12 in ihrem Sitz fixiert beziehungsweise sichert.
Die Saugstrahlpumpe 10 ist im Übrigen aufgebaut wie die in 1 gezeigte Saugstrahlpumpe 1.
Die Metallkugel 12 kann in die Montageöffnung 11 beziehungsweise in den die Montageöffnung 11 ausbildenden Gehäuseabschnitt eingelegt werden. Alternativ kann die Metallkugel 12 auch in diesen Gehäuseabschnitt beziehungsweise die Montageöffnung 11 eingepresst werden. Dadurch kann eine erste Absicherung der Montageöffnung 11 erfolgen.
Zusätzlich ist in 2 die Metallkugel durch den Gehäusebereich 14 formschlüssig an der Saugstrahlpumpe 10 fixiert. Der Gehäusebereich 14 ist durch thermisches Verformen unter Anwendung von Heißverstemmen erzeugt worden. Hierzu können beispielweise über die Metallkugel 12 überstehende Teilbereiche des Gehäuses mit einem erwärmten Stempel unter Anwendung von Druck verformt werden. Das durch den Stempel erwärmte Material wird dabei verformt und an die Außenkontur der Metallkugel 12 angeformt. Der Stempel weist vorzugsweise eine mit der Außenfläche der Kugel korrespondierende Form auf, um eine enges Anformen des Kunststoffs an die Metallkugel 12 zu erreichen.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Beschreibung des Erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Saugstrahlpumpe mit einem durch Heißverstemmen erzeugten Verschluss der Montageöffnung.
In Block 16 wird ein zur Ausbildung des Hohlraums in dem Strömungskanal und der Düse verwendeter Formkern in eine die Außenkontur der Saugstrahlpumpe definierende Matrix eingelegt. In Block 17 wird der zwischen dem Formkern und der Matrix ausgebildete Hohlraum mit einem Kunststoff umspritzt. Im Block 18 wird der Formkern durch die Montageöffnung entfernt. In Block 19 wird die Montageöffnung durch thermisches Umformen des Kunststoffes im Bereich der Montageöffnung verschlossen.
Optional kann in einem weiteren Verfahrensschritt, welcher zwischen den Verfahrensschritten in den Blöcken 18 und 19 durchgeführt wird, eine Metallkugel in die Montageöffnung eingesetzt werden, die durch das thermische Umformen des Kunststoffes in der Montageöffnung fixiert beziehungsweise gesichert wird.
Das Ausführungsbeispiel der 2 weist insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dient der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Saugstrahlpumpe (10) zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftstofftank oder aus einem Kraftstofftank heraus, wobei die Saugstrahlpumpe (10) einen Strömungskanal (15) und eine Düse aufweist, wobei der Strömungskanal (15) eine Zuleitung zur Düse bildet und der Strömungskanal (15) einteilig mit der Düse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung die folgenden Schritte nacheinander durchgeführt werden: – Einlegen eines Formkerns in eine Matrix zur Erzeugung der Saugstrahlpumpe (10) durch Spritzgießen, – Umspritzen des Formkerns und Ausfüllen des zwischen Formkern und Matrix ausgebildeten Hohlraums durch einen Kunststoff, – Entfernen des Formkerns durch eine der Düse gegenüberliegende Montageöffnung (11) im Strömungskanal (15), – Verschließen der Montageöffnung (11) durch thermisches Umformen des zur Herstellung verwendeten Kunststoffes im Randbereich der Montageöffnung (11).
Verfahren zur Herstellung einer Saugstrahlpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageöffnung (11) vor dem thermischen Umformen durch das Einsetzen einer Metallkugel (12) verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkugel (12) in die Montageöffnung (11) eingepresst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkugel (12) durch das thermische Umformen in der Montageöffnung (11) fixiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Umformen durch Heißverstemmen erfolgt, wobei ein erwärmter Stempel unter Druck auf einen Außenbereich des Strömungskanals (15) einwirkt, wobei ein Materialanteil des Strömungskanals (15) erwärmt und verformt wird.
Saugstrahlpumpe (10) zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftstofftank oder aus einem Kraftstofftank heraus, wobei die Saugstrahlpumpe (10) nach einem durch die vorhergehenden Ansprüche beanspruchten Verfahren hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (15) geradlinig ausgebildet ist und die Montageöffnung (11) an dem der Düse abgewandten Ende des Strömungskanals (15) in der den Strömungskanal (15) in axialer Richtung begrenzenden Wandung angeordnet ist.
Saugstrahlpumpe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (15) eine die Wandung des Strömungskanals (15) in radialer Richtung durchstoßende Umlenkung (13) aufweist, wobei die Umlenkung (13) direkt benachbart zur Montageöffnung (11) angeordnet ist.
Saugstrahlpumpe (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (2, 15) und die Düse eine gemeinsamen Mittelachse aufweisen.