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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines, eine Düse, ein Sauganschlussteil und einen Diffusor aufweisenden Ejektors. Die Erfindung betrifft außerdem einen nach einem solchen Verfahren hergestellten Ejektor.
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Ejektoren sind hinlänglich bekannt und besitzen üblicherweise eine Düse, ein Sauganschlussteil sowie einen Diffusor, wobei beispielsweise durch die durch die Düse strömende Luft stromab der Düse ein Unterdruck erzeugt wird, der über das Sauganschlussteil ein Fluid, beispielsweise Kältemittel, ansaugt. Das angesaugte Fluid vermischt sich dabei mit der von der Düse ausgestoßenen Luft bzw. Fluid, wobei es zu einer Druckabsenkung kommt. Anschließend wird die kinetische Energie dieser Fluidmischung in einem stromab angeordneten Diffusor in Druckenergie umgewandelt, sodass der Druck der Fluidmischung wieder erhöht wird.
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Aus der
DE 10 2009 022 597 B4 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Ejektors bekannt, bei dem eine Düse und ein Körper miteinander verbunden werden, um eine Ejektorfunktionseinheit zu bilden. Anschließend erfolgt ein Verbinden eines stromabwärtigen Endabschnitts einer ersten Abdeckung mit einer ersten Öffnung eines Blocks und auch eines stromaufwärtigen Endabschnitts einer zweiten Abdeckung mit einer zweiten Öffnung des Blocks, um ein Gehäuse zu bilden, das die Ejektorfunktionseinheit aufnimmt. Letztere wird in dem Gehäuse befestigt, wodurch ein stromaufwärtsseitiger Abschnitt der Ejektorfunktionseinheit, an dem sich die Düse befindet, in der ersten Abdeckung aufgenommen wird, während ein stromabwärtsseitiger Abschnitt der Ejektorfunktionseinheit, an dem sich der Diffusor befindet, in der zweiten Abdeckung aufgenommen wird. Eine dritte Öffnung des Blocks steht dabei mit einer Fluidansaugöffnung des Körpers in Verbindung.
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Aus der
DE 11 2018 000 534 T5 ist ein Ejektor mit einer Düse, einer Nadel und einem Körper bekannt. Der Körper hat einen Fluidansauganschluss und einen Diffusor, der den Druck einer Mischung des eingespritzten Fluides und des angesaugten Fluides erhöht. Die Düse wiederum besitzt einen Halsabschnitt und einen düsenseitigen abgeschrägten Abschnitt, wobei der Halsabschnitt eine Durchgangsquerschnittsfläche des Fluiddurchgangs verkleinert, sodass diese in dem Fluiddurchgang an dem Halsabschnitt am kleinsten ist. Der düsenseitig abgeschrägte Abschnitt weitete die Durchgangsquerschnittsfläche des Fluiddurchgangs in Richtung der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Fluides auf, wobei in einem axialen Querschnitt ein Einspritzströmungsspreizwinkel ausgebildet ist, der auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Fluides zwischen einer Mittelachse und einer Tangentenlinie einer Einspritzströmungsmittellinie an dem Fluideinspritzanschluss ausgebildet ist. Hierdurch soll die Strömungsgeschwindigkeit eines eingespritzten Fluides wirksam erhöht werden können.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren ist jedoch, dass bei diesen die Einzelteile eines Ejektors üblicherweise aufwendig hergestellt, beispielsweise aus Metall, spanend bearbeitet, und anschließend ebenfalls aufwendig miteinander verbunden werden müssen. Hierdurch ist die Herstellung derartiger Ejektoren auch vergleichsweise teuer.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein gattungsgemäßes Verfahren eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine kostengünstigere und einfachere Herstellung eines Ejektors ermöglicht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Ejektor in mehrere, jeweils als einfache Kunststoffspritzgussteile herzustellende Einzelteile zu unterteilen und diese Kunststoffteile anschließend über Schweißverbindungen einfach miteinander zu verbinden. Hierdurch kann nicht nur ein vergleichsweise leichter und gewichtsoptimierter Ejektor geschaffen werden, sondern es kann auch als geeignetes Verfahren für die Großserienfertigung eines solchen Ejektors genutzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines, eine Düse, ein Sauganschlussteil und einen Diffusor aufweisenden Ejektors, werden zunächst die Düse, das Sauganschlussteil und der Diffusor jeweils aus Kunststoff hergestellt. Im vorliegenden Fall wurde somit der Ejektor in drei Einzelteile aufgegliedert. Anschließend werden die Düse und das Sauganschlussteil über eine Schweißverbindung miteinander verbunden. Ebenso werden auch der Diffusor und das Sauganschlussteil verschweißt. Durch die Aufteilung des Ejektors in die drei genannten Einzelteile lassen sich diese mit vergleichsweise einfachen Kunststoffspritzgusswerkzeugen herstellen, wodurch diese nicht nur kostengünstig, sondern auch qualitativ äußerst hochwertig, insbesondere bezüglich Maßtoleranzen, hergestellt werden können. Anschließend werden der Diffusor und die Düse mit dem Sauganschlussteil verschweißt, wodurch nicht nur eine hohe Festigkeit, sondern auch äußerst kurze Zykluszeiten realisiert werden können. Durch die Aufgliederung des Ejektors in die Düse, das Sauganschlussteil und den Diffusor können vor allem kostengünstige Kunststoffspritzgusswerkzeuge zum Einsatz kommen, wodurch die Stückkosten für den Ejektor insgesamt gesenkt werden können.
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Zweckmäßig werden die Düse und das Sauganschlussteil über eine Rotationsreibschweißverbindung miteinander verbunden. In gleicher Weise können auch der Diffusor und das Sauganschlussteil über eine Rotationsreibschweißverbindung miteinander verbunden werden. Bei einer derartigen Rotationsreibschweißverbindung wird eines der beiden miteinander zu verschweißenden Teile fixiert, während das andere Teil rotiert und dabei langsam gegen das fixierte Teil gedrückt wird. Durch eine hohe Reibleistung kann eine kurze Aufschmelzzeit realisiert werden. Anschließend wird der rotierende Teil gestoppt und es erfolgt ein Zusammendrücken der beiden miteinander zu verschweißenden Teile, beispielsweise der Düse und des Sauganschlussteils, auf das Endmaß. Hierdurch ist eine äußerst einfache, schnelle und kostengünstige Verbindung der einzelnen Teile des Ejektors miteinander möglich.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Düse, das Sauganschlussteil und/oder der Diffusor als Kunststoffspritzgussteil hergestellt. Durch die Aufgliederung des Ejektors in die drei genannten Einzelteile können diese jeweils einzeln mit vergleichsweise einfachen Kunststoffspritzgusswerkzeugen hergestellt werden, was den großen Vorteil bietet, dass das jeweilige Einzelstück, beispielsweise die Düse, das Sauganschlussteil und/oder der Diffusor keine durch Trennebenen bedingten Nähte an einer Innengeometrie aufweisen, die unter Umständen einen Strömungsfluss behindern und eine Nachbearbeitung erforderlich machen würden. Die Trennebenen der Einzelteile liegen quer zu einer Achse des Ejektors, wodurch ein strömungsoptimiertes Herstellen möglich ist. Im Vergleich zu konventionellen Ejektoren, die nach heutigem Stand beispielsweise aus einem Metallblock erodiert oder durch ein spanendes Verfahren hergestellt werden, kann eine besonders kostenoptimierte Herstellungsweise erreicht werden.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Ejektor, beispielsweise für eine Kältemittelanwendung bzw. eine Kältemaschine, entsprechend dem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Verfahren herzustellen und dadurch die bezüglich des Verfahrens beschriebenen Vorteile auf den erfindungsgemäßen Ejektor zu übertragen. Konkret sind dies ein einfaches und kostengünstiges Herstellen mit insbesondere einer gratfreien Innengeometrie, einer hohen Festigkeit, geringen Werkzeugkosten und kurzen Taktzeiten.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Explosionsdarstellung als Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ejektors zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
- 2 eine Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Ejektor.
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Entsprechend den 1 und 2, weist ein erfindungsgemäßer Ejektor 1 zumindest drei Einzelteile, nämlich eine Düse 2, ein Sauganschlussteil 3 und einen Diffusor 4 auf. Erfindungsgemäß werden nun diese einzelnen Komponenten, nämlich die Düse 2, das Sauganschlussteil 3 und der Diffusor 4 jeweils separat aus Kunststoff, beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil, hergestellt, wodurch deren Herstellung nicht nur mit kostengünstigen Kunststoffspritzgießwerkzeugen möglich ist, sondern zudem auch eine Herstellung ohne Trennnähte an einem Innenquerschnitt ermöglicht, wodurch eine strömungsoptimierte Innengeometrie möglich ist und ein aufwendiges Nachbearbeiten der Innengeometrie entfallen kann.
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Nach dem Herstellen der Düse 2, des Sauganschlussteils 3 und des Diffusors 4, wird das Sauganschlussteil 3 mit der Düse 2 und dem Diffusor 4 über eine jeweilige Schweißverbindung 5 verbunden. Als Schweißverbindung 5 kommt hierbei insbesondere eine sogenannte Rotationsreibschweißverbindung in Betracht, bei welcher beispielsweise das Sauganschlussteil 3 fixiert wird und die Düse 2 um eine Achse 6 rotiert und dabei langsam gegen das Sauganschlussteil 3 gedrückt wird. Dabei wird eine Fügefläche 7 der Düse 2 und/oder eine Fügefläche 8 des Sauganschlussteils 3, welche beide ringförmig ausgebildet sind, soweit erhitzt, dass der dort befindliche Kunststoff aufschmilzt. Dabei werden üblicherweise eine konstante Drehzahl und ein sich langsam steigernder Druck gewählt, wodurch eine kurze Aufschmelzzeit erreicht werden kann. Anschließend erfolgt ein Rotationsstopp der Düse 2 und ein Zusammendrücken der Düse 2 und des Sauganschlussteils 3 auf Endmaß, wodurch ein Verschmelzen der Fügeflächen 7 und 8 erfolgt. Von großem Vorteil dabei ist, dass eine hierbei entstehende Schweißnaht außerhalb eines Strömungsquerschnitts liegt und dadurch keinen negativen Einfluss auf eine Strömung in der Düse 2 bzw. des Sauganschlussteils 3 hat.
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Zum Rotationsreibverschweißen des Sauganschlussteils 3 mit dem Diffusor 4 wird das Sauganschlussteil 3 wiederum fixiert und der Diffusor 4 um die Achse 6 gedreht. Dabei wird eine Fügefläche 9 oder mehrere Fügeflächen 9 des Diffusors gegen eine Fügefläche 10 oder mehrere Fügeflächen 10 des stationären Sauganschlussteils 3 gepresst, wobei aufgrund der durch die Reibung entstehende Hitze der Kunststoff an der Fügefläche 10 bzw. den Fügeflächen 10 und/oder an der Fügefläche 9 bzw. den Fügeflächen 9 aufgeschmolzen wird. Anschließend wird die Rotation des Diffusors 4 gestoppt und es erfolgt ein axiales Andrücken des Diffusors 4 an das Sauganschlussteil 3 bis auf ein Endmaß.
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Die Düse 2 wird beim Fügen mit dem Sauganschlussteil 3 in letzteres eingesteckt und bei einem Aufeinanderliegen der Fügeflächen 7 und 8 unter Druck zum Sauganschlussteil 3 verdreht. In analoger Weise wird auch der Diffusor 4 auf das Sauganschlussteil 3 aufgesteckt, bis die Fügeflächen 9, 10 aneinander anliegen und unter Verwendung des Rotationsreibschweißverfahrens miteinander verschweißt werden können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Ejektor 1 wurde schon bei der Aufteilung in die einzelnen Komponenten, das heißt beispielsweise die Düse 2, das Sauganschlussteil 3 und den Diffusor 3 darauf geachtet, dass diese bezüglich einer späteren Reibschweißverbindung optimiert und dadurch leicht zu fügen sind. Rein theoretisch ist selbstverständlich auch ein noch stärkere Aufspaltung des Ejektors 1 in mehr als drei einzelne Komponenten denkbar, wobei jedoch hier ein Kompromiss zwischen einfacher Herstellbarkeit und Aufwand beim anschließenden miteinander Verschweißen gefunden worden ist. Durch die Fügeflächen 7, 8, 9 und 10 ist es möglich, eine Quertrennung des Ejektors 1 in die einzelnen Komponenten 2, 3, 4 zu verwirklichen, so dass keine oder nur sehr geringe Nahtstellen an einer Innengeometrie beim miteinander Verschweißen entstehen, welche keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf die Strömung haben. Mit einem beispielsweise aus einem Polymer hergestellten Ejektor 1 kann auch ein gewichtsoptimierter Ejektor 1 geschaffen werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren und dem erfindungsgemäßen Ejektor 1 lässt sich letzterer kostengünstig, gewichtsoptimiert und strömungsoptimiert herstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009022597 B4 [0003]
- DE 112016001141 T5 [0004]
- DE 112018000534 T5 [0005]
