DE10061582A1

DE10061582A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Einspritzlochs einer Kraftstoffeinspritzdüse und Verfahren zur Einstellung von Fertigungsparametern einer solchen Vorrichtung

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Publication number: DE10061582A1
Application number: DE10061582A
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2002-06-27

Abstract

Die Vorrichtung weist auf eine Fertigungsmaschine (F) zur Erzeugung des Einspritzlochs (E) durch Entfernen von Material der Kraftstoffeinspritzdüse (K), eine Formmessmaschine (M) zum Messen der Form des durch die Fertigungsmaschine (F) erzeugten Einspritzlochs (E) und einen Verschiebetisch (V), auf dem die Kraftstoffeinspritzdüse (K) zum Justieren bezüglich der Fertigungsmaschine (F) und der Formmessmaschine (M) verschiebbar und drehbar befestigt werden kann. Die Fertigungsmaschine (F) und die Formmessmaschine (M) sind am Verschiebetisch (V) befestigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Einspritzlochs einer Kraftstoffeinspritzdüse und ein Verfah ren zur Einstellung von Fertigungsparametern einer solchen Vorrichtung.

Einspritzlöcher von Kraftstoffeinspritzdüsen werden derzeit mit Laserbohrmaschinen oder Erodiermaschinen erzeugt. Bei der Verwendung einer Laserbohrmaschine wird die zu verarbeitende Kraftstoffeinspritzdüse an der Laserbohrmaschine befestigt und bezüglich der Laserbohrmaschine justiert. Dazu sind Jus tier- und Aufspannwerkzeuge erforderlich. Mit Hilfe eines La serstrahls wird Material der Kraftstoffeinspritzdüse durch Verdampfen derart entfernt, dass ein Einspritzloch erzeugt wird. Fertigungsparameter der Laserbohrmaschine - wie z. B. Durchmesser und Intensität des Laserstrahls oder Bewegung des Laserstrahls während der Bestrahlung - müssen entsprechend der gewünschten Form des Einspritzlochs eingestellt werden.

Ein entsprechendes Verfahren kann mittels einer Erodierma schine durchgeführt werden. Bei einer Erodiermaschine wird ein Draht verwendet, an den eine Spannung angelegt wird. Da durch entsteht ein hohes elektrisches Feld zwischen dem Draht und der Kraftstoffeinspritzdüse, so daß Funken überschlagen, wodurch Material des Kraftstoffeinspritzdüse verdampft. Der Draht wird gedreht und dabei langsam in das entstehende Ein spritzloch geschoben. Die Form des Einspritzlochs kann mit tels zeitabhängigen Parametern, wie die Drehzahl des Drahtes, die Spannung am Draht und die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes, beeinflußt werden.

Zu Beginn des Fertigungsprozesses müssen die Fertigungspara meter der Laserbohrmaschine bzw. der Erodiermaschine einge stellt werden. Dazu werden zunächst mit grob eingestellten Fertigungsparametern sämtliche Einspritzlöcher einer Kraft stoffeinspritzdüse erzeugt. Nach der Erzeugung der Einspritz löcher wird kontrolliert, ob durch die erfolgte Bestrahlung bzw. durch den Erodiervorgang Einspritzlöcher mit der ge wünschten Form erzeugt wurden. Dazu wird die Kraftstoffein spritzdüse von der Laserbohrmaschine bzw. Erodiermaschine entfernt und an eine Formmessmaschine befestigt und bezüglich der Formmessmaschine justiert. Die Formmessmaschine kann z. B. eine Tasterkugel aufweisen, die an einem Lichtleiter befes tigt ist. Durch den Lichtleiter wird die Tasterkugel be strahlt. Eine Kamera der Formmessmaschine detektiert das von der Tasterkugel rückgestreute Licht. Trifft beim Messender Form eines Einspritzlochs die Tasterkugel auf ein Hindernis, so ändert die beleuchtete Tasterkugel ihre Position relativ zur Kamera, so dass mittels der Kamera auf die Form des Ein spritzlochs zurückgeschlossen werden kann. Eine solche Form messmaschine ist beispielsweise in Schwenke et al. "Opto taktiler Sensor zur 2D- und 3D-Messung kleiner Strukturen mit Koordinatenmessgeräten", tm66, 1999, Seiten 485 bis 489 be schrieben. Die Messergebnisse werden als Protokoll ausge druckt.

Stellt sich anhand einer Betrachtung des Protokolls heraus, dass die Form des Einspritzlochs Mängel aufweist, so werden die Fertigungsparameter der Laserbohrmaschine bzw. Erodierma schine per Hand entsprechend verändert. Die Kraftstoffein spritzdüse wird von der Formmessmaschine entfernt, und eine neue Kraftstoffeinspritzdüse wird an die Laserbohrmaschine bzw. Erodiermaschine angebracht und justiert. Es erfolgt eine Bohrung mit den geänderten Fertigungsparametern.

Der Zyklus aus Bohren und Formmessen wird so oft wiederholt, bis die Form der Einspritzlöcher stimmt. Oft sind mehrere Zyklen erforderlich, so dass das Verfahren zur Einstellung der Fertigungsparameter recht aufwendig und zeitraubend ist.

Sind die Fertigungsparameter optimal eingestellt, kann die serienmäßige Erzeugung von Einspritzlöchern von Kraftstoff einspritzdüsen beginnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Einspritzlochs einer Kraftstoffeinspritz düse anzugeben, deren Fertigungsparameter im Vergleich zum Stand der Technik einfacher und schneller einstellbar sind. Ferner soll ein Verfahren zur Einstellung von Fertigungspara metern einer solchen Vorrichtung angegeben werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Einspritzlochs einer Kraftstoffeinspritzdüse, die fol gende Merkmale aufweist: Die Vorrichtung weist eine Ferti gungsmaschine zur Erzeugung des Einspritzlochs durch Entfer nen von Material der Kraftstoffeinspritzdüse auf. Die Vor richtung weist ferner eine Formmessmaschine zum Messen der Form des durch die Fertigungsmaschine erzeugten Einspritz lochs. Die Fertigungsmaschine und die Formmessmaschine sind an einem Verschiebetisch befestigt. Der Verschiebetisch ist derart ausgestaltet, dass zum Justieren der Kraftstoffein spritzdüse bezüglich der Fertigungsmaschine und der Formmess maschine die Kraftstoffeinspritzdüse auf dem Verschiebetisch verschiebbar und drehbar befestigt werden kann.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch das im folgenden be schriebene Verfahren zur Einstellung von Fertigungsparametern einer solchen Vorrichtung. Die Kraftstoffeinspritzdüse wird am Verschiebetisch befestigt. Anschließend wird die Kraft stoffeinspritzdüse zum Justieren bezüglich der Fertigungsma schine auf dem Verschiebetisch verschoben, wodurch die Kraft stoffeinspritzdüse unter die Fertigungsmaschine positioniert wird. Durch Drehen der Kraftstoffeinspritzdüse wird die Kraftstoffeinspritzdüse bezüglich der Fertigungsmaschine justiert. Die Fertigungsmaschine erzeugt mindestens das Ein spritzloch, indem sie Material der Kraftstoffeinspritzdüse entfernt. Anschließend wird die Kraftstoffeinspritzdüse zum Justieren bezüglich der Formmessmaschine verschoben, wodurch die Kraftstoffeinspritzdüse unter die Formmessmaschine posi tioniert wird. Die Formmessmaschine misst die Form des Ein spritzlochs. Für den Fall einer Abweichung der Form des Ein spritzlochs von der gewünschten Form werden anhand der Ergeb nisse der Formmessmaschine Fertigungsparameter der Ferti gungsmaschine korrigiert.

Da die Formmessmaschine und die Fertigungsmaschine auf dem selben Verschiebetisch angeordnet sind, ist es nicht erfor derlich, nach der Bearbeitung der Kraftstoffeinspritzdüse durch die Fertigungsmaschine die Kraftstoffeinspritzdüse von der Fertigungsmaschine abzunehmen und an einer anderen Stelle - nämlich der Formmessmaschine - erneut zu befestigen. Es muss lediglich die bereits am Verschiebetisch befestigte Kraftstoffeinspritzdüse verschoben werden, so dass das Ver fahren einfach und zeitsparend ist.

Die für die Bohrung erforderlichen Aufspann- und Justierwerk zeuge werden auch für die Formmessmaschine verwendet, wodurch Kosten gespart werden.

Auch die für die Bohrung benötigten Verfahrachsen des Ver schiebetischs werden für die Formmessung verwendet.

Besonders einfach und schnell ist das Verfahren, wenn die Korrektur der Fertigungsparameter automatisch erfolgt. Dazu weist die Vorrichtung eine Steuereinheit zur automatischen Korrektur der Fertigungsparametern der Fertigungsmaschine an hand von durch die Formmessmaschine erhaltenen Ergebnisse auf. Die Fertigungsmaschine und die Formmessmaschine sind al so mit der Steuereinheit verbunden. Die Ergebnisse der Form messmaschine werden nicht oder nicht nur als Protokoll ausge geben, sondern werden direkt von der Steuereinheit ausgewertet. Ein solches Verfahren erfordert weniger Bedienpersonal. Darüber hinaus wird die Einstellung der Fertigungsparameter qualitativ verbessert, da das Verfahren nicht auf die Inter pretation des Bedienpersonals beruht und die Fertigungspara meter nicht von Hand eingestellt werden. Die Anzahl an erfor derlichen Zyklen, bis ein Einspritzloch mit der gewünschte Form erzeugt wird, d. h. bis die Fertigungsparameter optimal eingestellt sind, kann folglich verringert werden.

Das Verfahren erfordert weniger Bedienpersonal und ist folg lich kostengünstiger, wenn die Steuereinheit derart ausgelegt ist, dass die Kraftstoffeinspritzdüse automatisch zwischen der Fertigungsmaschine und der Formmessmaschine verschoben wird. Das automatische Verschieben kann über die Steuerein heit erfolgen.

Um die Geschwindigkeit des Verfahrens zu erhöhen, ist es vor teilhaft, wenn die Fertigungsmaschine und die Formmessmaschi ne derart relativ zum Verschiebetisch angeordnet sind, dass die Kraftstoffeinspritzdüse zum Justieren bezüglich der Form messmaschine lediglich verschoben aber nicht gedreht werden muss. Die Kraftstoffeinspritzdüse wird also nur einmal ge dreht und zwar vor der ersten Bearbeitung durch die Ferti gungsmaschine. Alternativ wird bei Bedarf die Kraftstoffein spritzdüse bezüglich der Formmessmaschine durch Drehen jus tiert, nachdem sie unter die Formmessmaschine positioniert wurde.

Nach der Messung der Form des Einspritzlochs, kann dasselbe Einspritzloch erneut durch die Fertigungsmaschine bearbeitet werden, und kann die Form des Einspritzlochs erneut durch die Formmessmaschine gemessen, um die Einstellung der Fertigungs parameter weiter zu verbessern. Alternativ wird dieselbe Kraftstoffeinspritzdüse zurück unter die Fertigungsmaschine verschoben und bezüglich der Fertigungsmaschine so gedreht, daß an anderer Stelle ein neues Einspritzloch erzeugt wird, deren Form anschießend zur weiteren Verbesserung der Fertigungsparameter gemessen wird. Es ist auch möglich, eine neue Kraftstoffeinspritzdüse für die Erzeugung eines Einspritz lochs mit den korrigierten Fertigungsparametern zu verwenden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, sämtliche Einspritzlöcher einer Kraftstoffeinspritzdüse vor dem Messen der Formen zu erzeugen, oder aber nach der Erzeugung jedes Einspritzlochs eine Formmessung vorzunehmen, bevor das nächste Einspritzloch erzeugt wird. Der Zyklus aus Bohren und Messen kann so oft wiederholt werden, bis die Fertigungsparameter optimal einge stellt sind.

Während des Fertigungsprozesses mit den optimal eingestellten Fertigungsparametern kann es z. B. aufgrund von Verschleißer scheinungen verschiedener Teile der Fertigungsmaschine zu ei ner unerwünschten Veränderung der. Form der erzeugten Ein spritzlöcher kommen. Es ist vorteilhaft, nach einer bestimm ten Anzahl erzeugter Einspritzlöcher eine Kontrolle durchzu führen, ob die Fertigungsparameter noch optimal eingestellt sind. Dazu kann das erfindungsgemäße Verfahren zur erneuten Einstellung der Fertigungsparameter verwendet werden.

Die Fertigungsmaschine kann als Laserbohrmaschine oder als E rodiermaschine ausgestaltet sein.

Die Formmessmaschine kann eine an einem Lichtleiter befestig te und über den Lichtleiter beleuchtete Tasterkugel aufwei sen. Die Formmessmaschine weist dann eine Kamera auf, die von der Tasterkugel rückgestreutes Licht detektiert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an hand der Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ein spritzlochs einer Kraftstoffeinspritzdüse mit einem Verschiebetisch mit einer Düsenhalterung, einer Formmessmaschine mit einer Kamera und einer Taster kugel, einer Fertigungsmaschine und einer Steuereinheit (schematisch dargestellt). Eine Kraftstoffein spritzdüse ist in der Düsenhalterung angeordnet.

Im Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung zum Erzeugen ei nes Einspritzlochs einer Kraftstoffeinspritzdüse K vorgese hen. Die Vorrichtung weist einen Verschiebetisch V auf, mit zwei senkrecht zueinander verlaufenden Verfahrachsen X, Y, sogenannten CNC-Achsen. Auf dem Verschiebetisch V ist eine Düsenhalterung D angeordnet, die entlang der Verfahrachsen X, Y verschiebbar ist. In die Düsenhalterung D wird die Kraft stoffeinspritzdüse K aufgespannt. Die Düsenhalterung D ist derart ausgelegt, dass die Kraftstoffeinspritzdüse K senk recht zur Achse A der Kraftstoffeinspritzdüse D und um eine Achse B, die senkrecht zur Achse A der Kraftstoffeinspritzdü se D und in der durch die Verfahrachsen X, Y aufgespannten E bene liegt, gedreht werden kann.

Am Verschiebetisch V sind eine als Laserbohrmaschine ausges taltete Fertigungsmaschine F und eine Formmessmaschine M an geordnet. Die Fertigungsmaschine F weist eine Laserlinse auf, die durch die Fertigungsmaschine F erzeugtes Laserlicht auf die Kraftstoffeinspritzdüse K fokussiert. Die Formmessmaschi ne M weist eine Tasterkugel T auf, die mit einem Lichtleiter LL verbunden ist. Die Formmessmaschine M weist ferner eine Kamera KA auf, die entlang einer zu den Verfahrachsen X, Y senkrechten Achse Z verschiebbar gelagert ist.

Zum Justieren der Kraftstoffeinspritzdüse K bezüglich der Fertigungsmaschine F wird die Kraftstoffeinspritzdüse K und damit die Düsenhalterung D entlang den Verfahrachsen X, Y verschoben, bis die Kraftstoffeinspritzdüse K unter der Fer tigungsmaschine F positioniert ist. Durch Drehen der Kraft stoffeinspritzdüse K um die Achsen B, A wird die Kraftstoff einspritzdüse K bezüglich der Fertigungsmaschine F justiert.

Entsprechend der gewünschten Form des zu erzeugenden Ein spritzlochs E werden Fertigungsparameter der Fertigungsmaschine F eingestellt. Daraufhin wird die Fertigungsmaschine F betätigt, so dass das durch die Fertigungsmaschine F erzeugte Laserlicht Material der Kraftstoffeinspritzdüse K durch Ver dampfen entfernt, bis das Einspritzloch E erzeugt wird.

Anschließend wird die Kraftstoffeinspritzdüse K zum Justieren bezüglich der Formmessmaschine M entlang den Verfahrachsen X, Y verschoben, bis die Kraftstoffeinspritzdüse K unter die Formmessmaschine M positioniert wird. Die Verschiebung ge schieht automatisch mittels einer Steuereinheit S. die mit der Laserbohrmaschine verbunden ist, das Ende des Bohrprozes ses erkennt und einen Elektromotor (nicht dargestellt) an treibt, um die Düsenhalterung D zu verschieben. Die Formmess maschine Mist derart relativ zum Verschiebetisch V und zur Fertigungsmaschine F angeordnet, dass eine erneute Justierung der Kraftstoffeinspritzdüse K durch Drehen um die Achsen A, B nicht erforderlich ist.

Mit Hilfe der Formmessmaschine M wird die Form des Einspritz lochs E bestimmt. Dazu fährt die Tasterkugel T in das Ein spritzloch E hinein und tastet die Begrenzungen des Ein spritzlachs E ab. Dabei wird am Ende des Lichtleiters LL Licht erzeugt, wodurch die Tasterkugel T bestrahlt wird. Das von der Tasterkugel T reflektierte Licht wird durch die Kame ra KA aufgefangen und detektiert. Berührt die Tasterkugel T die Begrenzungen des Einspritzlochs E, so verschiebt sich die Tasterkugel T relativ zur Kamera KA, so dass der Lichtfleck auf der Tasterkugel T, die das rückgestreute Licht erzeugt, seine Position ändert.

Die durch die Messung erhaltenen Ergebnisse werden an die Steuereinheit S weitergegeben, die mit der Formmessmaschine M verbunden ist. Die Steuereinheit S wertet die Ergebnisse aus und vergleicht die gemessene Form des Einspritzlochs E mit der gewünschten Form. Stellt die Steuereinheit S eine Abwei chung der Form des Einspritzlochs E von der gewünschten Form fest, so wird durch die Steuereinheit S eine Korrektur der Fertigungsparameter der Fertigungsmaschine F veranlasst.

Anschließend wird die Düsenhalterung D mit der Kraftstoffein spritzdüse K so verschoben, dass die Kraftstoffeinspritzdüse K unter die Fertigungsmaschine F positioniert wird. Die Kraftstoffeinspritzdüse K wird gedreht.

Unter Anwendung der korrigierten Fertigungsparameter wird die Fertigungsmaschine F betätigt, wodurch ein weiteres Ein spritzloch (nicht dargestellt) mit einer verbesserten Form erzeugt wird.

Anschließend wird die Düsenhalterung D mit der Kraftstoffein spritzdüse K so verschoben, dass die Kraftstoffeinspritzdüse K unter die Formmessmaschine M positioniert wird. Die Form messmaschine M misst die Form des weiteren Einspritzlochs.

Der Zyklus aus Bohren und Formmessen wird so oft wiederholt, bis die Steuereinheit S feststellt, dass die tatsächliche Form des zuletzt erzeugten Einspritzlochs mit der gewünschten Form übereinstimmt.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Einspritzlochs einer Kraftstoffeinspritzdüse
mit einer Fertigungsmaschine (F) zur Erzeugung des Ein spritzlochs (E) durch Entfernen von Material der Kraft stoffeinspritzdüse (K),
mit einer Formmessmaschine (M) zum Messen der Form des durch die Fertigungsmaschine (F) erzeugten Einspritzlochs (E),
mit einem Verschiebetisch (V), auf dem die Kraftstoffein spritzdüse (K) zum Justieren bezüglich der Fertigungsma schine (F) und der Formmessmaschine (M) verschiebbar und drehbar befestigt werden kann,
bei der die Fertigungsmaschine (F) und die Formmessmaschine (M) am Verschiebetisch (V) befestigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Steuereinheit (S) zur automatischen Korrektur von Fertigungsparametern der Fertigungsmaschine (F) anhand von durch die Formmessmaschine (M) erhaltenen Ergebnissen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Steuereinheit (S) derart ausgelegt ist, daß die Kraftstoffeinspritzdüse (K) automatisch zwischen der Ferti gungsmaschine (F) und der Formmessmaschine (M) verschiebbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Fertigungsmaschine (F) und die Formmessmaschine (M) derart relativ zum Verschiebetisch (V) angeordnet sind, daß die Kraftstoffeinspritzdüse (K) zum Justieren bezüglich der Formmessmaschine (M) lediglich verschoben aber nicht gedreht werden muß.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Fertigungsmaschine (F) als Laserbohrmaschine o der als Erodiermaschine ausgestaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei der die Formmessmaschine (M) eine an einem Lichtleiter (LL) befestigte und über den Lichtleiter (LL) beleuchtete Tasterkugel (T) aufweist,
bei der die Formmessmaschine (M) eine Kamera (KA) aufweist, die von der Tasterkugel (T) rückgestreutes Licht detek tiert.

7. Verfahren zur Erzeugung eines Einspritzlochs einer Kraft stoffeinspritzdüse mit einer Vorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 6,
bei dem die Kraftstoffeinspritzdüse (K) am Verschiebetisch (V) befestigt wird,
bei dem die Kraftstoffeinspritzdüse (K) zum Justieren be züglich der Fertigungsmaschine (F) auf dem Verschiebetisch (V) verschoben wird, wodurch die Kraftstoffeinspritzdüse (K) unter die Fertigungsmaschine (F) positioniert wird,
bei dem durch Drehen der Kraftstoffeinspritzdüse (K) die Kraftstoffeinspritzdüse (K) bezüglich der Fertigungsmaschi ne (F) justiert wird,
bei dem die Fertigungsmaschine (F) das Einspritzloch (E) erzeugt, indem sie Material der Kraftstoffeinspritzdüse (K) entfernt,
bei dem die Kraftstoffeinspritzdüse (K) zum Justieren be züglich der Formmessmaschine (M) verschoben wird, wodurch die Kraftstoffeinspritzdüse (K) unter die Formmessmaschine (M) positioniert wird,
bei dem die Formmessmaschine (M) die Form des Einspritz lochs (E) mißt,
bei dem für den Fall einer Abweichung der Form des Ein spritzlochs (E) von der gewünschten Form anhand der Ergeb nisse der Formmessmaschine (M) Fertigungsparameter der Fer tigungsmaschine (F) korrigiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Korrektur der Fertigungsparameter automatisch erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Kraftstoffeinspritzdüse (K) automatisch ver schoben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Kraftstoffeinspritzdüse (K) nur einmal gedreht wird und zwar vor der ersten Bearbeitung durch die Ferti gungsmaschine (F).