DE10029431A1 - Bohrungsanordnung mit einer aus mindestens zwei Bohrungen gebildeten Verschneidung sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrungsanordnung (1) mit mindestens einer ersten Bohrung (2) und einer zweiten Bohrung (3), welche eine Verschneidung (6) bilden. Dabei ist wenigstens die zweite Bohrung (3) an der Verschneidung (6) derart ausgebildet, dass sie sich über einen Schnittpunkt (P) der Bohrungen (2, 3) hinaus erstreckt. Weiter ist ein Endbereich (4) der zweiten Bohrung (3) durch eine Teilkugelfläche gebildet. Dadurch, dass die Teilkugelfläche des Endbereichs (4) erst nach der Verzweigungsbohrung (2) beginnt, kann die an der Verschneidung (6) auftretende Spannung deutlich reduziuert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrungsanordnung mit einer aus mindestens zwei Bohrungen gebildeten Verschneidung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfah­ ren zur Herstellung einer derartigen Bohrungsanordnung.

Bohrungsanordnungen, welche eine aus mindestens zwei Bohrun­ gen gebildete Verschneidung bilden, sind in unterschiedliche Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 198 02 476 eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffein­ spritzsystem, welche in einem Pumpengehäuse mehrere Pumpen­ elemente umfaßt. Eine Hochdruckkanalsystem ist vorgesehen, um den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff zu einer gemeinsamen Hochdruckanschlußbohrung zu fördern. Dabei sind mehrere Hoch­ druckkanäle in einer anderen Ebene angeordnet als die gemein­ same Hochdruckanschlußbohrung, in der die Hochdruckkanäle zu­ sammentreffen. Durch die Anordnung der gemeinsamen Hochdru­ ckanschlußbohrung in einer anderen Ebene als die Hochdruckka­ näle können die Hochdruckkanäle exzentrisch auf die gemeinsa­ me Hochdruckanschlußbohrung treffen.

Weiter ist in Fig. 3 eine aus zwei Bohrungen bestehende Ver­ schneidung 6 in einem Basismaterial 7 dargestellt. Die Ver­ schneidung 6 wird durch eine erste Bohrung 2 und eine zweite Bohrung 3 gebildet. Dabei ist die zweite Bohrung 3 etwas über einen Schnittpunkt P der beiden Bohrungen hinaus geführt. Die Bohrungen sind mit einem üblichen Bohrer mit einer kegelför­ migen Spitze ausgebildet. Daher ist ein Endbereich 4 durch eine kegelförmig gebildete Spitze gebildet. Bei einer Verwen­ dung einer derartigen Verschneidung in einem Hydraulikkreis wie z. B. einem Common Rail für Dieselmotoren, treten teilwei­ se sehr hohe Drücke auf. Dadurch treten an den Kanten und Kerbstellen im Bereich des Endbereichs 4 der zweiten Bohrung 3 und am Übergang zwischen dem Endbereich 4 der zweiten Boh­ rung 3 und der ersten Bohrung 2 sehr hohe Spannungsspitzen auf. Aufgrund dieser Spannungsspitzen können Risse im Materi­ al 7 und Leckagen im Hydraulikkreis auftreten. Daher muss für Hydraulikkreise mit sehr hohen Drücken ein sehr teueres hoch­ festes Material verwendet werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Boh­ rungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit das Auftreten von Spannungen und Rissen im Bereich der Verschneidung ver­ hindert. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Verschneidung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Bohrungsanordnung mit den Merk­ malen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merk­ malen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird somit eine Bohrungsanordnung mit mindes­ tens einer ersten Bohrung und einer zweiten Bohrung, welche eine Verschneidung bilden, bereitgestellt, wobei wenigstens die zweite Bohrung an der Verschneidung derart ausgebildet ist, dass sie sich über einen Schnittpunkt der Bohrungen hin­ aus erstreckt. Dabei ist ein Endbereich der zweiten Bohrung durch eine Teilkugelfläche gebildet. Durch die kugelartige Kontur des Endbereichs der zweiten Bohrung werden Kanten bzw. Kerben in diesem Bereich vermieden. Somit weist die erfin­ dungsgemäße Bohrungsanordnung an der Verschneidung keine Be­ reiche mehr auf, an denen Spannungsspitzen auftreten. Dadurch kann eine Bildung von Rissen o. ä., insbesondere bei Verwen­ dung der Bohrungsanordnung in einem Hochdruckbereich wie z. B. einem Common-Rail-Bereich oder in Pumpengehäusen vermieden werden.

Vorzugsweise ist der Endbereich der zweiten Bohrung als Halb­ kugel ausgebildet. Dadurch kann der Endbereich auf einfache Weise erzeugt werden, indem z. B. ein Bohrer oder ein Senker mit einer Spitze mit halbkugelförmigem Querschnitt zur Her­ stellung des Endbereichs verwendet wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die zweite Boh­ rung einen zylindrisch ausgebildeten Bereich auf, der um eine bestimmte Länge vom Randbereich der ersten Bohrung in Rich­ tung des Endbereichs vorsteht. Dadurch weist die zweite Boh­ rung auch noch hinter dem Schnittpunkt mit der ersten Bohrung einen Bereich mit einem zylindrischen Querschnitt auf, an welchen sich dann die Teilkugelfläche des Endbereichs unmit­ telbar anschließt. Dadurch ergibt sich ein sanfter Übergang zum Endbereich der zweiten Bohrung, wobei keine Kanten bzw. Kerbstellen vorhanden sind, an denen hohe Spannungen auftre­ ten können. Da die Kugelkontur erst nach der Verzweigungsboh­ rung (d. h. der Schnittstelle zur ersten Bohrung) beginnt, kann die maximal auftretende Spannung im Vergleich mit dem Stand der Technik um über 10% reduziert werden. Hierbei wer­ den die auftretenden Spannungen desto niedriger, je tiefer die zweite Bohrung gebohrt wird, d. h. je größer der Abstand zwischen dem Rand der ersten Bohrung und dem Beginn des teil­ kugelförmigen Endbereichs ist.

Vorteilhaft beträgt die Länge des überstehenden zylindrischen Bereichs der zweiten Bohrung bei einem Durchmesser der zwei­ ten Bohrung von ca. 2 mm bis 5 mm ungefähr 0 mm bis 1 mm. Da­ bei gilt allgemein, dass die Länge des überstehenden zylind­ rischen Bereichs so groß wie möglich sein sollte.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Verschneidung aus drei Bohrungen. Je nach Ausges­ taltung der Verschneidung kann dabei nur eine oder zwei oder alle Bohrungen über den Schnittpunkt der Bohrungen hinausge­ hen und ihre Endbereiche als Teilkugelflächen gebildet sein. Vorzugsweise kann die Verschneidung auch aus vier Bohrungen bestehen, wobei besonders vorteilhaft drei Bohrungen in einer Ebene liegen und die vierte Bohrung senkrecht zu der Ebene angeordnet ist.

Weiter betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Bohrungsanordnung, die mindestens eine erste Bohrung und eine zweite Bohrung aufweist, welche eine Verschneidung bilden. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Ver­ fahren die folgenden Schritte: Bohren der ersten Bohrung, Bohren der zweiten Bohrung, so dass sich die zweite Bohrung über einen Schnittpunkt zwischen der ersten und zweiten Boh­ rung hinaus erstreckt, und Bearbeiten des Endbereichs der zweiten Bohrung derart, dass der Endbereich als Teilkugelflä­ che ausgebildet wird. Hierbei kann die Bearbeitung des Endbe­ reichs z. B. mit einem Bohrwerkzeug mit halbkreisförmigem Querschnitt erfolgen. Vorzugsweise werden mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren dabei die oben dargestellten Bohrungsanord­ nungen hergestellt.

Somit verhindert die vorliegende Erfindung das Auftreten von Spannungsspitzen und Rissen durch die Ausbildung eines Boh­ rungsendbereichs mit einer Kugelkontur. Da die Kugelkontur erst nach der Verschneidung beginnt, kann die maximal auftre­ tende Spannung in diesem Bereich deutlich verringert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.

In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Bohrungs­ anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine schematische dreidimensionale Ansicht einer Boh­ rungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung und

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht gemäß dem Stand der Technik.

In Fig. 1 ist eine Bohrungsanordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Bohrungsanordnung 1 besteht aus einer ersten Bohrung 2 und einer zweiten Bohrung 3, welche in einem Basismaterial 7 eine Verschneidung 6 bilden. Die beiden Bohrungen schneiden sich in einem Punkt P.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die zweite Bohrung 3 über den Schnittpunkt P hinaus geführt, so dass ein Endbereich 4 der zweiten Bohrung über die erste Bohrung vorsteht. Im darge­ stellten Ausführungsbeispiel treffen die beiden Bohrungen 2 und 3 senkrecht aufeinander. Es ist jedoch auch möglich, dass sich die beiden Bohrungen 2 und 3 in einem anderen Winkel treffen.

Wie weiter in Fig. 1 dargestellt, geht die zweite Bohrung 3 über den Schnittpunkt P der beiden Bohrungen 2, 3 hinaus. Hierbei ist ein über die erste Bohrung 2 hinausgehender End­ bereich 4 der zweiten Bohrung 3 halbkugelförmig ausgebildet. Der halbkugelförmig ausgebildete Endbereich weist dabei eine Radius r auf, welcher dem Radius der zweiten Bohrung 3 ent­ spricht. Desweiteren steht noch ein zylindrischer Bereich 5 über die erste Bohrung 2 vor, welcher eine Länge von s auf­ weist. Der zylindrische Bereich 5 wird durch den zylindri­ schen Teil des Bohrers gebildet, mit welchem die zweite Boh­ rung 3 gebohrt wird.

Die erfindungsgemäße Bohrungsanordnung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird wie folgt hergestellt. Zuerst werden die erste und die zweite Bohrung 2 und 3 gebohrt. Hierbei kann wahlweise zuerst die erste Bohrung 2 oder die zweite Bohrung 3 gebohrt werden. Dabei wird die weite Bohrung 3 der­ art gebohrt, dass ihr Endbereich 4 sowie ein zylindrischer Bereich 5 über den Schnittpunkt P zwischen der ersten und der zweiten Bohrung 2 und 3 vorsteht. Anschließend wird ein Bohr­ werkzeug mit einer im Querschnitt halbkreisförmigen Spitze in die zweite Bohrung 3 eingeführt und damit der halbkugelförmi­ ge Endbereich 4 hergestellt.

Durch diese Ausgestaltung der Verschneidung 6 werden durch den halbkugelförmigen Endbereich 4 und den über die erste Bohrung vorstehenden zylindrischen Bereich 5 die maximal auf­ tretenden Spannungen an der Verschneidung deutlich reduziert, so dass eine Bildung von Rissen o. ä. in diesem Bereich ver­ mieden werden kann.

Um die Spannungen und somit die Gefahr einer Rissbildung an den unmittelbaren Schnittpunkten zwischen der ersten und der zweiten Bohrung 2 und 3 weiter zu reduzieren, können auch noch vorteilhaft die dort vorhandenen Kanten z. B. mittels Durchführen einer Paste mit abrasiven Partikeln durch die Bohrungsanordnung, mittels elektrochemischem Entgraten oder mittels Entgraten durch Kugelstrahlen und gleichzeitigem Ein­ bringen von Druckeigenspannungen, abgerundet werden.

In Fig. 2 ist eine Bohrungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer drei­ dimensionalen Ansicht der Bohrungen gezeigt. Da das zweite Ausführungsbeispiel im wesentlichen dem ersten Ausführungs­ beispiel entspricht, werden nachfolgend nur noch Unterschiede im Detail erläutert. Dabei sind gleiche bzw. ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbei­ spiel bezeichnet.

Wie ein Fig. 2 gezeigt, umfasst die Bohrungsanordnung 1 ge­ mäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine erste Bohrung 2, ei­ ne zweite Bohrung 3, eine dritte Bohrung 8 und eine vierte Bohrung 9. Dabei liegen die erste Bohrung 2, die dritte Boh­ rung 8 und die vierte Bohrung 9 in einer Ebene. Die zweite Bohrung 3 ist senkrecht zu der Ebene angeordnet.

Dabei ist die zweite Bohrung derart ausgebildet, dass ihr Endbereich 4 über die erste Bohrung 2 vorsteht (vgl. Fig. 2). Mit anderen Worten schneidet die zweite Bohrung 3 die durch die drei anderen Bohrungen 2, 8, 9 gebildete Ebene. Da­ bei ist zwischen dem Endbereich 4 und den anderen drei Boh­ rungen 2, 8, 9 noch zusätzlich ein zylindrischer Bereich 5 angeordnet. Der zylindrische Bereich 5 wird derart herge­ stellt, dass der Bohrer, welcher die zweite Bohrung 3 bohrt, mit seinem zylindrischen Mantelbereich über den Schnittpunkt der zweiten Bohrung mit den anderen Bohrungen hinaus geführt wird. Dadurch entspricht der Durchmesser des zylindrischen Bereichs 5 dem der zweiten Bohrung 3.

Die Herstellung der Bohrungsanordnung gemäß dem zweiten Aus­ führungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels, wobei zuerst die vier Bohrungen 2, 3, 8 und 9 in beliebiger Reihenfolge gebohrt werden und anschlie­ ßend der halbkugelförmige Endbereich 4 der zweiten Bohrung 3, z. B. mittels eines Bohrers mit einer im Querschnitt halb­ kreisförmigen Spitze, ausgebildet wird.

Die erfindungsgemäßen Bohrungsanordnungen, welche eine Ver­ schneidung 6 bilden werden vorzugsweise bei Diesel-Common- Rail-Pumpen und Hydraulikleitungen sowie bei sonstiger Hoch­ drucktechnik eingesetzt, da hier im Stand der Technik das Problem der Rissbildung aufgrund der hohen Drücke besonders auftritt. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Bohrungs­ anordnung in einem Gehäuse einer Radialkolbenpumpe verwendet werden, in dem die verschiedenen Leitungen der Druckkammern zu einer gemeinsamen Leitung zusammengeführt werden.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Boh­ rungsanordnung 1 mit mindestens einer ersten Bohrung 2 und einer zweiten Bohrung 3, welche eine Verschneidung 6 bilden. Dabei ist wenigstens die zweite Bohrung 3 an der Verschnei­ dung 6 derart ausgebildet, dass sie sich über einen Schnitt­ punkt P der Bohrungen 2, 3 hinaus erstreckt. Weiter ist ein Endbereich 4 der zweiten Bohrung 3 durch eine Teilkugelfläche gebildet ist. Dadurch dass die Teilkugelfläche des Endbe­ reichs 4 erst nach der Verzweigungsbohrung 2 beginnt, kann die an der Verschneidung 6 auftretende Spannung deutlich re­ duziert werden.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rah­ men der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifika­ tionen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.

Claims (8)

1. Bohrungsanordnung (1) mit mindestens einer ersten Bohrung (2) und einer zweiten Bohrung (3), welche eine Verschneidung (6) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die zweite Bohrung (3) an der Verschneidung (6) derart ausge­ bildet ist, dass sie sich über einen Schnittpunkt (P) der Bohrungen (2, 3) hinaus erstreckt und ein Endbereich (4) der zweiten Bohrung (3) durch eine Teilkugelfläche gebildet ist.

2. Bohrungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Endbereich (4) der zweiten Boh­ rung (3) als Halbkugel ausgebildet ist.

3. Bohrungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bohrung (3) einen zy­ lindrisch ausgebildeten Bereich (5) aufweist, der um eine Länge (s) vom Randbereich der ersten Bohrung (2) in Richtung des Endbereichs (4) vorsteht.

4. Bohrungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Länge (s) bei einem Durchmesser der zweiten Bohrung von 2 mm bis 5 mm ungefähr 0 mm bis 1 mm be­ trägt.

5. Bohrungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass die Verschneidung (6) aus drei Bohrungen (2, 3, 8) besteht.

6. Bohrungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die Verschneidung (6) aus vier Bohrungen (2, 3, 8, 9) besteht, wobei drei Bohrungen (2, 8, 9) in einer Ebene liegen und die vierte Bohrung (3) senk­ recht zu der Ebene angeordnet ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Bohrungsanordnung, die mindestens eine erste Bohrung (2) und eine zweite Bohrung (3) aufweist, welche eine Verschneidung (6) bilden, umfassend die Schritte:

• - Bohren der ersten Bohrung (2),
• - Bohren der zweiten Bohrung (3), so dass sich die zweite Bohrung (3) über einen Schnittpunkt (P) der ersten und zweiten Bohrung (2, 3) hinaus erstreckt, und
• - Bearbeiten eines Endbereichs (4) der zweiten Bohrung (3) derart, dass der Endbereich, (4) als Teilkugelfläche ausge­ bildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, dass eine Bohrungsanordnung (1) nach einem der Ansprü­ che 1 bis 6 hergestellt wird.