DE102004054587B3

DE102004054587B3 - Production method e.g. for reproducible micro drillings, having micro drilled hole with diameter of maximally 110micro m and aspect relationship of least 10 with drilling provided by electro-chemical process

Info

Publication number: DE102004054587B3
Application number: DE200410054587
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Heinek; Andreas Dr. Lenk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-11-12

Abstract

The method involves having a micro drilled hole with a diameter of maximally 110micro m and an aspect relationship of at least 10. The micro drilling (30) is provided by an electro-chemical process having an electrode (40) provided in a workpiece (10) and a prior pilot hole (20) being of smaller diameter (D20) than the micro drilled hole. The electro-chemical process in presence of an electrolyte (50) creates an electrical potential between the electrode (40) and the workpiece. The electrode is at an external position (52, 54) of the pilot hole and under electro-chemical process clears away a section of a wall of the pilot hole by dissolving in the electrolyte (50), and gradually into the workpiece and the pilot hole (20) is moved forward to expand on a desired diameter (D30) of the micro drilling. An independent claim is included for a device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrochemischen Abtragen, insbesondere zum elektrochemischen Bohren von Düsenöffnungen von Einspritzdüsen sowie von Drosselbohrungen.The The invention relates to a method and a device for electrochemical Ablation, in particular for the electrochemical drilling of nozzle openings of injectors as well as throttle bores.

Das Einbringen von Bohrungen mit definierten hydraulischen Eigenschaften (Durchmesser von 50 bis 300 μm) in Stahl oder andere metallische Legierungen mittels Erodieren wird seit Jahren industriell angewendet, wobei bei sehr geringen Bohrungsdurchmessern (Durchmesser 50 bis 100 μm) die Bohrungstiefe stark eingeschränkt ist. Ein Anwendungsfeld für das Erodieren ist das Bohren von Benzin- und Dieseleinspritzdüsen, das durch sehr hohe Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der hydraulischen Eigenschaften der Bohrung bei gleichzeitig möglichst kurzer Prozesszeit gekennzeichnet ist. Das Erodieren stößt bei Bohrungsdurchmessern von 80 bis 100 μm und Aspektverhältnissen (Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Bohrung) ab 10 an seine technisch machbaren Grenzen.The Introduction of holes with defined hydraulic properties (Diameter from 50 to 300 μm) in steel or other metallic alloys by means of eroding used industrially for years, with very small bore diameters (Diameter 50 to 100 μm) the hole depth is severely limited. An application field for the Eroding is the drilling of gasoline and diesel injectors, the due to very high demands on the reproducibility of the hydraulic Properties of the bore with the shortest possible process time is marked. Eroding abuts at bore diameters of 80 to 100 μm and aspect ratios (Relationship of length to diameter of the hole) from 10 to its technically feasible limits.

Aus der DE 201 20 252 U1 ist eine Erodiermaschine und eine Elektrodenführung für die Erodiermaschine offenbart, die Mikrobohrungen für Einspritzdüsen herstellen kann, wobei eine definierte Lage einer Elektrode auch beim Vorschieben der Elektrode während des gesamten Erodierprozesses mit einer gewissen geringen Toleranz hergestellt werden kann, wobei die Elektrode spielfrei in einer Elektrodenführung geführt ist.From the DE 201 20 252 U1 discloses an erosion machine and an electrode guide for the erosion machine, which can produce micro-holes for injectors, wherein a defined position of an electrode can also be produced during advancement of the electrode during the entire erosion process with a certain low tolerance, the electrode guided without play in an electrode guide is.

Darüber hinaus sind zum Herstellen von Mikrobohrungen Laserbohrverfahren, insbesondere Perkussionsbohrverfahren, bekannt, die unter bestimmten Bedingungen mit einem geeignet modulierten Laserpuls mit Pulsdauern im Bereich von einigen 0,1 ms Bohrungen mit Durchmessern im Bereich von 20 bis 800 μm erzeugen können. Solche Bohrungen können mit kurzen Herstellungszeiten von weniger als 1 s hergestellt werden, weisen aber nur eine geringe Präzision auf, die sie ohne Nachbearbeitung für Anwendungen bei Einspritzdüsen ungeeignet macht.Furthermore For producing micro-bores, laser boring methods, in particular percussion boring methods, known that under certain conditions with a suitably modulated Laser pulse with pulse durations in the range of a few 0.1 ms holes with diameters in the range of 20 to 800 microns can produce. Such holes can with short production times of less than 1 s are produced, but have only a low precision on, they unsuitable for applications with injectors without post-processing power.

Insbesondere bei der Herstellung von Bohrungen mittels Erodieren oder Laserbohren und geringen Bohrungsdurchmessern ist eine Nachbearbeitung der Bohrungen zum Erhalten von exakten hydraulischen Eigenschaften notwendig. Dies gelingt nur durch eine teure und aufwändige Nachbearbeitung mittels Fluidschleifens.Especially in the production of bores by means of erosion or laser drilling and small bore diameters is a reworking of the holes necessary for obtaining exact hydraulic properties. This is only possible with expensive and complex post-processing Fluidschleifens.

Die EP 0 299 143 A1 und die US 4 786 777 offenbaren ein funkenerosives Bohrverfahren zum Herstellen von Einspritzlöchern in Einspritzdüsen. Hierbei wird an einer Laserbohrung mit Untermaß eine Bohrung mit einem größeren Durchmesser mittels des Bohrverfahrens hergestellt. Ferner offenbaren diese beiden Schriften eine entsprechende Einrichtung zum Herstellen der Bohrungen mit einer Laserbohrvorrichtung und einer Funkenerosionsvorrichtung.The EP 0 299 143 A1 and the US 4,786,777 disclose a spark erosive drilling method for making injection holes in injectors. In this case, a bore with a larger diameter is produced by means of the drilling process on a laser bore with undersize. Furthermore, these two documents disclose a corresponding device for producing the holes with a laser drilling device and a spark erosion device.

Nachteilig am Erodieren ist ferner, dass sich eine Elektrode der Erodiermaschine prinzipbedingt während der Durchführung des Verfahrens abnutzt und sich so die herstellbaren Bohrungen in ihren Eigenschaften mit der Zeit verändern.adversely erosion is further that is an electrode of the erosion machine in principle during the implementation the process wears down and so the producible holes in change their properties over time.

Ferner sind zum Bearbeiten von Werkstücken im Stand der Technik elektrochemische Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die sich durch eine hohe Präzision und eine kurze Prozesszeit auszeichnen.Further are for machining workpieces in the prior art electrochemical processes and devices known for their high precision and short process time distinguished.

Das Grundprinzip des elektrochemischen Abtragens bzw. Bohrens (ECM – Electro Chemical Machining) entspricht dem einer elektrolytischen Zelle, bei welchem ein System aus Werkstück-Elektrolyt-Werkzeug die elektrolytische Zelle bildet, in der bei Verwendung geeigneter Elektrolytlösungen die Anode aufgrund von Ladungsaustauschvorgängen in Lösung geht. Zwischen einem Werkstück (Anode) und einem Werkzeug (Kathode) strömt durch einen Bearbeitungsspalt eine Elektrolytlösung mit möglichst hoher Geschwindigkeit, wobei an der Kathode Wasserstoffionen entladen werden. Die an der Anode entstehenden Metallionen reagieren mit entsprechenden Reaktionspartnern, z. B. bei basischen Elektrolyten mit OH-Ionen des Elektrolyts unter Bildung von Metallhydroxidverbindungen, die vom strömenden Elektrolyten mitgenommen und wegtransportiert werden. Anwendungsgebiete für das elektrochemische Abtragen finden sich u. a. in der Luft- und Raumfahrttechnik (Verdichter- und Turbinenschaufeln (Filmkühlung), Turbinenscheiben), in der Antriebstechnik, der Nahrungsmittelindustrie und der Medizintechnik. Die überragenden Eigenschaften des elektrochemischen Abtragens sind eine große Gestaltungsfreiheit auch für komplexe Raumformen, eine hohe Abtragsleistung (Vorschubgeschwindigkeiten bis 3 mm/min) unabhängig von der Materialhärte des zu bearbeitenden Werkstücks, eine Fertigbearbeitung eines Werkstücks in einem Arbeitsgang bei gleichzeitig hoher Maßgenauigkeit und hoher Oberflächengüte, eine gute Wiederholbarkeit der Bauteileigenschaften, kein Werkzeugverschleiß, ein kalter Abtragvorgang und somit keine thermisch oder verformungsbedingte Gefügebeeinflussung, keine nennenswerten Bearbeitungskräfte, eine gratfreie Bearbeitung und keine Zerspanungskräfte.The Basic principle of electrochemical removal or drilling (ECM - Electro Chemical Machining) corresponds to that of an electrolytic cell, in which a system of workpiece electrolytic tool, the electrolytic Cell forms, in the case of using suitable electrolyte solutions, the anode goes into solution due to charge exchange processes. Between a workpiece (anode) and a tool (cathode) flows through a machining gap an electrolyte solution with the highest possible speed, wherein hydrogen ions are discharged at the cathode. The at the Anode formed metal ions react with appropriate reactants, z. B. in basic electrolytes with OH ions of the electrolyte below Formation of metal hydroxide compounds by the flowing electrolyte taken away and transported away. Areas of application for the electrochemical Abtragen can be found u. a. in aerospace engineering (compressor and turbine blades (film cooling), Turbine disks), in drive technology, the food industry and medical technology. The towering Properties of the electrochemical removal are a great freedom of design also for complex spatial forms, a high removal rate (feed rates up to 3 mm / min) independently from the material hardness of the workpiece to be machined, a finishing of a workpiece in a single operation at the same time high dimensional accuracy and high surface quality, a good repeatability of the component properties, no tool wear, a cold removal process and thus no thermally or deformation-related structural influence, no appreciable machining forces, burr-free machining and no cutting forces.

Ein Anwendungsgebiet des ECM ist das so genannte elektrochemische Bohren, wobei im Elektrolyten das Metall des Werkstücks möglichst vollständig aufgelöst wird und daher aus dem zum Teil sehr engen Spalt zwischen Werkstück und Kathode besser heraustransportiert werden kann.One field of application of the ECM is the so-called electrochemical drilling, wherein in the electrolyte, the metal of the workpiece as full as possible is constantly dissolved and therefore can be better transported out of the sometimes very narrow gap between the workpiece and the cathode.

Die DE 199 60 790 A1 offenbart eine ECM-Elektrode zum elektrochemischen Bohren von Werkstücken, wobei die Elektrode eine hohlzylindrische Form aufweist und das Elektrodenmaterial ein Metall mit im Wesentlichen amorpher Struktur ist, wodurch dieses Rohr bei einem ECM-Verfahren einerseits als elektrischer Leiter zum Anlegen einer Ladung dient und anderseits in seinem Inneren einem Elektrolyten zum Bearbeitungsbereich im Werkstück führen kann. Bei dieser Elektrode wird der Elektrolyt innerhalb der Elektrode nach unten zu seinem offenen freien Ende geführt, an welcher die Bohrung vorangetrieben wird. Ein Zurückfördern des Elektrolyten findet in eine Gegenrichtung dazu, außerhalb der Elektrode entlang der bereits entstandenen Bohrung statt. Zur Begrenzung der elektrochemischen Wirkung auf einen unteren Bereich der Elektrode ist diese wenigstens abschnittsweise mit einer elektrisch nicht leitenden Isolierschicht versehen.The DE 199 60 790 A1 discloses an ECM electrode for electrochemically drilling workpieces, wherein the electrode has a hollow cylindrical shape and the electrode material is a metal having a substantially amorphous structure, whereby this tube serves as an electrical conductor for applying a charge in an ECM process, on the one hand its interior can lead an electrolyte to the processing area in the workpiece. In this electrode, the electrolyte is guided inside the electrode down to its open free end, where the bore is driven forward. Returning the electrolyte takes place in an opposite direction, outside the electrode along the already formed bore instead. To limit the electrochemical action on a lower region of the electrode, this is provided at least in sections with an electrically non-conductive insulating layer.

Obige Elektroden sind für Bohrungen mit Außendurchmessern von ca. 200 μm noch kostengünstig zu fertigen. Sollen jedoch Bohrungen mit geringeren Außendurchmessern (130 μm und darunter) schnell und kostengünstig gefertigt werden, so stößt obiges Konzept an seine Grenzen, da hierfür Elektrodenkörper mit einem Durchmesser von maximal 110 μm und darunter notwendig sind (Isolierschichtdicke und Transportspaltweite addieren sich zum Elektrodendurchmesser hinzu: jeweils ca. 5 bis über 10 μm).Above Electrodes are for Holes with outside diameters of about 200 microns still inexpensive to manufacture. But should holes with smaller outside diameters (130 μm and below) are made quickly and inexpensively, so pushes the above Concept to its limits, since this electrode body with a diameter of a maximum of 110 microns and below are necessary (Insulating layer thickness and transport gap width add up to the electrode diameter in addition, each about 5 to about 10 μm).

Die US 6 387 242 B1 offenbart ein Verfahren zum elektrochemischen Nachbearbeiten von Bohrungen in Turbinenschaufeln mit Durchmessern von wenigen Millimetern, wobei eine Bohrungsinnenwand mit Rippen, Stegen oder Graten versehen wird, um beim Durchtritt von Luft eine turbulente Strömung zu erzeugen. Eine ECM-Elektrode ist hierfür außen abschnittsweise elektrisch isoliert und abschnittsweise elektrisch nicht isoliert. Für das Nachbearbeiten wird die Elektrode vollständig in die Bohrung vorbewegt anschließend ein Elektrolyt zugeführt und die Elektrode bestromt, wobei die Bohrungsinnenwand gegenüber den elektrisch nicht isolierten Stellen abgetragen wird.The US Pat. No. 6,387,242 B1 discloses a method for electrochemically reworking bores in turbine blades of diameters of a few millimeters, wherein a bore inner wall is provided with ribs, ridges or ridges to create a turbulent flow as air passes. For this purpose, an ECM electrode is electrically insulated in sections from the outside and is not electrically isolated in sections. For reworking, the electrode is fully advanced into the bore then fed to an electrolyte and energized the electrode, the bore inner wall is removed relative to the electrically non-isolated locations.

Die EP 1 179 379 A1 offenbart ein Verfahren zur elektrochemische Nachbearbeitung einer Bohrungsverjüngung mittels eines elektrochemischen Verfahrens. Hierbei wird eine Elektrode mit elektrisch nicht isoliertem freien Ende und ansonsten elektrisch isolierter Oberfläche bis an die Schulter der Bohrungsverjüngung vorbewegt, anschließend ein Elektrolyt zugeführt und die Elektrode bestromt, wobei die Kanten bzw. der Rand der Schulter geglättet wird.The EP 1 179 379 A1 discloses a method for electrochemical post-processing of a bore taper by means of an electrochemical method. Here, an electrode with electrically non-insulated free end and otherwise electrically insulated surface is advanced to the shoulder of the bore taper, then fed to an electrolyte and energized the electrode, wherein the edges or the edge of the shoulder is smoothed.

Die WO 2004/054748 A1 offenbart ein Verfahren zur Nachbearbeitung eines Durchgangslochs, insbesondere ein Verfahren zur Reinigung eines Durchgangslochs, das z. B. aufgrund Oxidation oder einer Oberflächenbeschichtung des betreffenden Bauteils verschmutzt wurde. Hierbei wird durch das Durchgangsloch ein Mittel hindurchgeleitet, das Material im Inneren der Bohrung abträgt. Dies geschieht z. B. mittels eines elektrisch leitenden Elektrolyts und einer am Austrittsort des Elektrolyts unter einer elektrischen Spannung stehenden Elektrode, oder einer Säure. Direkt am Austrittsort des Mittels wird das Mittel vorzugsweise verdünnt, sodass es zu keinem Materialangriff außerhalb der Bohrung kommen kann.The WO 2004/054748 A1 discloses a method for post-processing a Through-hole, in particular a method for cleaning a through-hole, the Z. B. due to oxidation or a surface coating of the relevant component was polluted. In this case, through the through hole a means passed through, the material dissipates inside the bore. This happens z. B. by means of an electrically conductive electrolyte and a at the outlet of the electrolyte under an electrical voltage standing electrode, or an acid. Right at the exit of the agent, the agent is preferably diluted so that there is no material attack outside the hole can come.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welchen Mikrobohrungen mit reproduzierbaren definierten hydraulischen Eigenschaften, insbesondere für Düsenöffnungen von Einspritzdüsen sowie von Drosselbohrungen, kostengünstig mit geringen Prozesszeiten herstellbar sind. Die späteren Mikrobohrungen sollen hierbei z. B. für Einspritzdüsen einen Durchmesser von kleiner als 80 μm bis ca. 110 μm aufweisen.It is therefore an object of the invention, a method and an apparatus to disposal to provide, by means of which microbores with reproducible defined hydraulic properties, in particular for nozzle openings of injectors and throttle bores, cost-effective with low process times can be produced. The later ones Microbores are here z. B. for injectors one Diameter smaller than 80 μm up to approx. 110 μm exhibit.

Die Erfindung wird mittels eines Verfahrens zur Herstellung von Mikrobohrungen mit Aspektverhältnissen von wenigstens 10 und Durchmessern kleiner 110μm gelöst, wobei die Mikrobohrung mittels eines elektrochemischen Prozesses an einer Position in ein Werkstück hineingebracht wird, an der bereits eine kleinere Vorbohrung vorhanden ist, deren hydraulische Eigenschaften eine große Streubreite aufweisen können.The Invention is by means of a method for producing microbores with aspect ratios solved by at least 10 and diameters smaller than 110μm, the microbore by means of an electrochemical process at a position in workpiece is brought in, already present at the smaller pilot hole is whose hydraulic properties can have a large spread.

Bevorzugt wird die Vorbohrung mittels einer ECM-Elektrode und einem in der Vorbohrung vorgesehenem Elektrolyten nachgearbeitet, wobei sich die Elektrode an einer Eintrittsstelle der Vorbohrung in Richtung der Vorbohrung in das Werkstück hineinsenkt. Die als Kathode geschaltete Elektrode vergrößert zusammen mit dem in der Vorbohrung vorhandenen Elektrolyten die Vorbohrung in einem Bereich um sie herum, was diese auf den gewünschten Durchmesser der späteren Mikrobohrung erweitert.Prefers is the pilot hole by means of an ECM electrode and a in the Pre-drilling planned electrolyte reworked, where the electrode at an entry point of the pilot hole in the direction the pilot hole in the workpiece into it lowers. The electrode connected as a cathode increases together with the existing in the pilot hole electrolyte predrilling in an area around them, giving these the desired diameter later Microbore extended.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, Mikrobohrungen mit definierten hydraulischen Eigenschaften in ein Werkstück einzubringen, wobei die Mikrobohrungen einerseits für die technische Anwendung klein genug und andererseits mit kurzen Prozesszeiten herstellbar sind.through the method of the invention it is possible Microbores with defined hydraulic properties in one workpiece be introduced, the microbores on the one hand for the technical Application small enough and on the other hand with short process times can be produced.

Erfindungsgemäß kann z. B. die mangelnde Qualität von Laserbohrungen (s. o.) durch eine geregelte elektrochemische Bearbeitung derart verbessert werden, dass dadurch die gewünschten hydraulischen Eigenschaften von Einspritzöffnungen für Einspritzdüsen genau eingestellt und reproduzierbar gestaltet werden können. Mittels einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens, also z. B. einem Vorbohren mittels eines Lasers und einer elektrochemischen Nachbearbeitung der Laserbohrung sind im Vergleich zum Stand der Technik die Stückkosten pro Bohrung bzw. pro Werkstück sowie die Herstellungsdauer vorteilhafter. Sowohl das Laserbohren als auch das elektrochemische Bearbeiten haben geringere Stückkosten als das Erodieren bzw. das nachfolgende Fluidschleifen. Ferner besteht beim elektrochemischen Nachbearbeiten keine Gefahr einer Verstopfung der Bohrung während des Nacharbeitens, wie das beim Fluidschleifen der Fall sein kann.According to the invention, for. B. the lack of quality of laser drilling (see above) can be improved by a controlled electrochemical machining such that thereby the desired hydrau The properties of injection openings for injection nozzles can be precisely set and reproducibly designed. By means of an embodiment of the method according to the invention, ie z. As a pre-drilling by means of a laser and an electrochemical post-processing of the laser bore, the unit cost per hole or per workpiece and the production time are more advantageous compared to the prior art. Both laser drilling and electrochemical machining have lower unit costs than eroding or subsequent fluid grinding. Furthermore, there is no risk of clogging of the bore during reworking during electrochemical reworking, as can be the case with fluid grinding.

Erfindungsgemäß wird für eine einzelne Düseneinspritzöffnung eine (Laser-)Vorbohrung hergestellt, die kleiner ist als der spätere Solldurchmesser der Mikrobohrung. Bei Aspektverhältnissen von kleiner als ca. 20 sind solche Laserbohrungen mit ca. 50 μm Durchmesser mit Prozesszeiten von weniger als 1 s herstellbar. Anschließend wird mittels einer ECM-Elektrode und dem erfindungsgemäßen Verfahren an derselben Stelle eine Bohrung mit den gewünschten Endmaßen eingebracht. Da durch die schon vorhandene Laservorbohrung ein schneller Austausch des Elektrolyts von der Bearbeitungselektrode weg, möglich ist, ergeben sich kurze Prozesszeiten, die nur einen Bruchteil der Prozesszeit betragen, die nötig wäre, wenn man ohne eine Vorbohrung arbeitet. Hierbei sind Taktzeiten von unter einer Minute realisierbar.According to the invention is for a single Nozzle injection opening a (Laser) pre-drilling made, which is smaller than the later target diameter of the Micro hole. In aspect ratios less than about 20 are such laser bores with about 50 microns in diameter can be produced with process times of less than 1 s. Subsequently, will by means of an ECM electrode and the method according to the invention introduced a hole with the desired final dimensions at the same location. Because of the already existing laser pre-drilling a quick exchange the electrolyte away from the machining electrode, it is possible This results in short process times, which are only a fraction of the process time be necessary would be if to work without a pilot hole. Here are cycle times from below one minute.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für einen Austausch des Elektrolyten im Werkstück der Elektrolyt von der Seite in das Werkstück eingefüllt, von welcher die Elektrode in das Werkstück eindringt. Hierbei kann der Elektrolyt innerhalb oder außerhalb der Elektrode entlang der entstehenden Mikrobohrung zum Bearbeitungsspalt hin- und durch die Vorbohrung wieder abgeführt werden. Falls es ein späterer Durchmesser der Mikrobohrung erlaubt, kann die Elektrode z. B. rohrförmig und aus einem Metall sein, wobei der Elektrolyt innen durch die Elektrode hindurchtritt. Ferner kann, ebenfalls bei hinreichenden Durchmessern der Mikrobohrung, die Elektrode z. B. ein Draht sein, welcher von einem Rohr, z. B. aus Glas, umgeben ist, wobei der Elektrolyt zwischen dem Draht und dem Rohr in Richtung des Bearbeitungsspalts gefördert wird und das Rohr zusammen mit dem Draht in das Werkstück vorbewegt wird.In a preferred embodiment the invention is for an exchange of the electrolyte in the workpiece the electrolyte from the side into the workpiece filled, from which the electrode penetrates into the workpiece. Here can the electrolyte is inside or outside the electrode the resulting microbore back to the machining gap and through the pilot hole discharged again become. If it's a later one Diameter of the microbore allowed, the electrode z. B. tubular and be made of a metal, with the electrolyte inside through the electrode passes. Furthermore, also with sufficient diameters the microbore, the electrode z. B. be a wire, which of a Pipe, z. B. glass, surrounded, wherein the electrolyte between the wire and the tube is conveyed in the direction of the machining gap and the tube advances along with the wire into the workpiece becomes.

Ferner wird die Aufgabe der Erfindung mittels einer Vorrichtung zum Herstellen von reproduzierbaren Mikrobohrungen mit bestimmten hydraulischen Eigenschaften gelöst, wobei der Bearbeitungsabschnitt einer ECM-Vorrichtung – also derjenige Bestandteil der ECM-Vorrichtung, welcher in das Werkstück eindringt – ein massiver Körper ist, der zum Vorbewegen in das Werkstück an einer Außenposition der Vorbohrung am Werkstück positioniert wird und sukzessive entlang der Vorbohrung in das Werkstück unter einem elektrochemischen Abtragen des Werkstückmaterials eindringt. Hierbei ist der massive Körper im Wesentlichen ein Vollzylinder, wobei jedoch zur Realisierung von anderen Bohrungsquerschnitten der massive Körper einen anderen Querschnitt, wie z. B. ein Rechteck oder eine Ellipse, besitzen kann.Further The object of the invention by means of a device for manufacturing of reproducible microbores with certain hydraulic Properties solved, wherein the processing section of an ECM device - that is the one Part of the ECM device, which penetrates into the workpiece - a massive body is that for advancing into the workpiece at an external position the pilot hole on the workpiece is positioned and successively along the pilot hole in the workpiece below penetrates an electrochemical removal of the workpiece material. in this connection is the massive body essentially a solid cylinder, but to the realization from other bore cross sections the massive body has a different cross section, such as B. a rectangle or an ellipse, may own.

Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Elektrolyt zum Austauschen außen an der Elektrode entlang durch die entstehende Mikrobohrung in Richtung des Bearbeitungsspalts gefördert und von dort aus durch die verbleibende Vorbohrung abgeführt. Mittels dieser erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist es möglich, sehr kleine, qualitativ hochwertige, von ihren hydraulischen Eigenschaften her, reproduzierbare Mikrobohrungen mit Durchmessern von kleiner als 80 μm zu erzeugen. Hierbei ist es möglich, für Einspritzdüsen die entsprechenden Mikrobohrungen (Düsenöffnungen) mit einer Tiefe von ca. 1 mm derart zu gestalten, dass sie gleiche hydraulische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere durch Verwendung einer massiven Elektrode sind derart kleine und qualitativ hochwertige Mikrobohrungen möglich, da es nicht notwendig ist, z. B. in einer Hohlelektrode den Elektrolyten zum Bearbeitungsspalt hin und ihn außerhalb der Elektrode wieder zurück zu transportieren, sondern den Hintransport über den Außenspalt und den Abtransport durch die Vorbohrung, von der Elektrode weg, vorzunehmen. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung der ECM-Vorrichtung mit einer Elektrode – die ausschließlich z. B. aus einem massiven Vollzylinder oder Vollprisma besteht, und der Vorbohrung im Werkstück – ist es möglich eine Mikrobohrung in das Werkstück einzubringen, ohne dass die Elektrode für den Hin- und/oder Wegtransport eines Elektrolyts (z. B. mit einem sie umgebenden Rohr zum Transport des Elektrolyts zwischen der Innenwand des Rohrs und Außenfläche der Elektrode) zusätzlich ausgerüstet sein muss.at this device according to the invention or the method according to the invention the electrolyte is passed along the outside of the electrode for replacement through the resulting microbore in the direction of the machining gap promoted and discharged from there by the remaining pilot hole. through This procedure according to the invention is it is possible very small, high quality, of their hydraulic properties Her, reproducible microbores with diameters of smaller as 80 μm to create. Here it is possible for injectors the corresponding microbores (nozzle openings) with a depth of about 1 mm in such a way that they are the same have hydraulic properties. In particular, by use a solid electrode are so small and high quality Microbores possible, since it is not necessary, for. B. in a hollow electrode, the electrolyte to the machining gap and out of the electrode again back to transport, but the forwarding over the outer gap and the removal through the pre-drilling away from the electrode. through the inventive arrangement the ECM device with an electrode - the only z. B. consists of a solid solid cylinder or full prism, and the Pre-drilling in the workpiece - is it possible a microbore in the workpiece bring in without the electrode for the outward and / or Wegtransport an electrolyte (eg with a surrounding tube for transport of the electrolyte between the inner wall of the tube and outer surface of the Electrode) in addition equipped have to be.

Zur Führung der Elektrode entlang der Vorbohrung kann die Elektrode an ihrem freien Ende einen Vorsprung aufweisen, welcher beim Herstellen der Mikrobohrung die Elektrode in Richtung der Vorbohrung führt. Hierbei ist der Vorsprung bevorzugt elektrisch nicht oder nur sehr wenig leitend, damit mittels des Vorsprungs kein Aufweiten der Vorbohrung stattfindet. In einer einfachen Ausführungsform ist dieser Vorsprung kegelförmig.to guide The electrode along the pilot hole, the electrode on her have free end a projection, which in the manufacture of the Microbore leads the electrode in the direction of the pilot hole. in this connection the projection is preferably not electrically or very little conductive, so that by means of the projection no widening of the pilot hole takes place. In a simple embodiment, this projection conical.

Für kurze Prozesszeiten ist es notwendig, den Elektrolyten im Bereich des Bearbeitungsspaltes möglichst schnell auszutauschen. Dies wird dadurch realisiert, dass zwischen Eintritt des Elektrolyts am Eindringort der Elektrode und am Austrittsort des Elektrolyts eine Druckdifferenz angelegt wird. So ist es z. B. denkbar, dass der Elektrolyt an einem Ende von der Vorbohrung abgesaugt wird, das gegenüber der entstehenden Mikrobohrung liegt.For short process times, it is necessary to exchange the electrolyte in the area of the machining gap as quickly as possible. This will be done realizes that between the entry of the electrolyte at the penetration of the electrode and at the outlet of the electrolyte, a pressure difference is applied. So it is z. B. conceivable that the electrolyte is sucked off at one end of the pilot hole, which is opposite to the resulting microbore.

Die durch das Werkstück erzeuge Elektrolytströmung kann zur Prozesssteuerung und -regelung dienen. Hierbei kann z. B. der Durchfluss es Elektrolyts durch die entstehende Mikrobohrung und die verbleibende Vorbohrung bestimmt werden, woraus die aktuellen Parameter einer elektrochemischen Prozessführung abgeleitet werden können. So kann z. B. zur Bestimmung dieser Parameter die Druckdifferenz zwischen Eintritts- und Austrittsort des Elektrolyts, die Durchflussmenge des Elektrolyts durch das Werkstück, die Eindringtiefe der Elektrode in das Werkstück (also auch (inkl. des Bearbeitungsspalts) bereits vorhandene Länge der Mikrobohrung sowie verbleibende Länge der Vorbohrung), das durch die Elektrode verdrängte Volumen in der entstehenden Mikrobohrung, das Dichteverhältnis zwischen Elektrolyt und einem Arbeitsmedium, welches im bestimmungsgemäßen Einsatz des Werkstücks durch die Mikrobohrung hindurchtritt, berücksichtigt werden. Die Auswertung der hydraulischen Eigenschaften der entstehenden Bohrung während der Herstellung der Mikrobohrung hat den Vorteil, dass auf die späteren Eigenschaften der Mikrobohrung schon beim Herstellen der Mikrobohrung direkt Einfluss genommen werden kann, da diese Parameter eng mit den gewünschten hydraulischen Funktionseigenschaften der späteren Mikrobohrung korrelieren. Dadurch entsteht z. B. weniger Ausschuss beim Herstellen von Einspritzdüsen, die z. B. je nach Typ sechs bis über 24 Einspritzöffnungen aufweisen. Beeinflussbare Verfahrensparameter sind z. B. die Elektrolytdurchflussmenge pro Zeiteinheit (über die Druckdifferenz zwischen Eintritts- und Austrittsort), die Bearbeitungsspaltweite, die Spannung zwischen Kathode und Anode, die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode, der Elektrolyt sowie die Konzentration des Elektrolyten.The through the workpiece create electrolyte flow can be used for process control and regulation. This z. B. the flow of electrolyte through the resulting microbore and the remaining pilot hole, from which the current Parameters of an electrochemical process control can be derived. So can z. B. for determining these parameters, the pressure difference between Inlet and outlet of the electrolyte, the flow rate of the electrolyte through the workpiece, the penetration depth of the electrode into the workpiece (including (including the machining gap) already existing length the microbore and remaining length of the pilot hole), by the electrode displaced Volume in the resulting microbore, the density ratio between Electrolyte and a working medium, which in the intended use of the workpiece through the microbore, are taken into account. The evaluation the hydraulic properties of the resulting hole during the Production of the microbore has the advantage that on the later properties the microbore directly in the production of microbore directly influence can be taken as these parameters are closely related to the desired hydraulic functional properties of the subsequent microbore correlate. This creates z. B. less waste in the manufacture of injectors, the z. B. depending on the type six to more than 24 Injection ports exhibit. Influencing process parameters are z. B. the electrolyte flow rate per time unit (over the pressure difference between entry and exit location), the machining gap width, the voltage between cathode and anode, the feed rate the electrode, the electrolyte and the concentration of the electrolyte.

Ferner ist es wünschenswert, die elektrochemische Wirkung der Elektrode entweder auf ihre direkte Umgebung zu begrenzen oder eine elektrochemische Wirkung nur im Bereich ihres freien Endes zuzulassen.Further it is desirable the electrochemical action of the electrode either on its direct Limit or electrochemical effect only in the environment Allow area of their free end.

Dies ist einerseits mittels einer gepulten Spannungsquelle realisierbar, wobei die Spannungspulse derart gewählt sind, dass sich die Elektronen der Spannungsquelle nur ca. 3 bis 10 μm, bevorzugt 5 μm, in die Lösung hinein bewegen können, wodurch eine elektrochemische Wirkung der Elektrode in einem Bereich darüber hinaus nicht existent ist. Hierdurch wird eine entstehende Mikrobohrung, bei Elektronen, die sich nur ca. 5 μm in die Lösung bewegen können, von ihrem Durchmesser her um ca. 10 μm größer, als die Elektrode selbst.This is on the one hand realized by means of a pulsed voltage source, wherein the voltage pulses are selected such that the electrons of the Voltage source only approx. 3 to 10 μm, preferably 5 μm, into the solution can move into it, whereby an electrochemical effect of the electrode in one area about that is not existent. As a result, a microbore is created, for electrons that can move only about 5 microns into the solution of their diameter ago by about 10 microns bigger, than the electrode itself.

Eine andere Möglichkeit, die elektrochemische Wirkung der Elektrode auf einen gewünschten Bereich zu begrenzen, besteht darin, die Elektrode an ihrer Außenfläche elektrisch zu isolieren. Hierdurch ist sichergestellt, dass die elektrochemische Wirkung nur an der Spitze der Elektrode auftritt. Mittels einer solchen Elektrode sind Mikrobohrungen realisierbar, deren maximaler Durchmesser im Bereich des größten Durchmessers der Elektrode liegt. Bei einer solchen Ausführungsform sind jedoch Ausnehmungen in Längsrichtung der Elektrode notwendig, um einen Elektrolytfluss sicherzustellen, oder darauf zu achten, dass die Elektrode an ihrer Spitze den Durchmesser der entstehenden Mikrobohrung etwas größer gestaltet als ihr eigener Durchmesser ist. Eine solche elektrisch nicht leitende Isolierschicht kann z. B. eine Schicht aus AlON oder TiAlON, einem Lack, einem Oxid oder einem Mischoxid sein. Bevorzugt ist die Schichtdicke einer solchen Isolierung so klein wie möglich und bewegt sich im Allgemeinen zwischen 5 und 10 μm. Ferner ist es möglich die Oberfläche der Elektrode zu oxidieren und dadurch die Oberfläche bis zu einem gewissen Grad elektrisch nicht leitend zu machen. Solchermaßen passivierte Oberflächen bilden einen abschlie ßend dichten Film auf der Oberfläche der Elektrode, wobei die elektrisch nicht leitenden Eigenschaften mit der Dicke der Oxidschicht steigen. Beispiele für solchermaßen passivierbare Metalle sind Vanadium, Chrom, Titan und Aluminium.A different possibility, the electrochemical action of the electrode to a desired range to limit, is the electrode on its outer surface electrically to isolate. This ensures that the electrochemical effect only occurs at the top of the electrode. By means of such Electrode microbores are feasible, their maximum diameter in the area of the largest diameter the electrode is located. In such an embodiment, however, are recesses longitudinal the electrode necessary to ensure an electrolyte flow, or make sure that the electrode at its tip is the diameter the resulting microbore made slightly larger than their own Diameter is. Such an electrically non-conductive insulating layer can z. B. a layer of AlON or TiAlON, a paint, a Be oxide or a mixed oxide. The layer thickness is preferably one such insulation as small as possible and generally moves between 5 and 10 μm. It is also possible the surface the electrode to oxidize and thereby the surface up to make it electrically non-conductive to a degree. So passivated Form surfaces one final dense film on the surface the electrode, the electrically non-conductive properties increase with the thickness of the oxide layer. Examples of such passivatable Metals are vanadium, chromium, titanium and aluminum.

Ein für die Erfindung geeigneter Elektrolyt, insbesondere für die bei Einspritzdüsen verwandten Materialien ist eine NaOH-Lösung (Natronlauge), die bei einem geeignet hohen Durchsatz durch das Werkstück ohne Blasenbildung innerhalb der Bohrungen durch das Werkstück förderbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der Durchfluss durch das Werkstück präzise einstellar ist, da expandierende Gasblasen den Durchfluss nicht behindern.One for the Invention suitable electrolyte, especially for the related injectors materials is a NaOH solution (caustic soda), at a suitable high throughput through the workpiece without Bubble formation within the holes can be conveyed through the workpiece is. This has the advantage that the flow through the workpiece can be precisely adjusted is because expanding gas bubbles do not hinder the flow.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.Further preferred embodiments The invention will become apparent from the other dependent claims.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The Invention will be described below with reference to embodiments with reference to attached drawing explained in more detail. In show the drawing:

1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 a block diagram of the method according to the invention or the device according to the invention.

Die folgenden Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren und zur erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehen sich im Wesentlichen auf das Nacharbeiten einer Durchgangsvorbohrung mit geringem Durchmesser. Hierbei kann die Durchgangsvorbohrung derart nachgearbeitet werden, dass sie entweder über ihre gesamte Länge oder nur bis zu einer bestimmten Tiefe (Sacklochbohrung) nachgearbeitet wird. Es ist aber erfindungsgemäß ebenso möglich, eine Sacklochvorbohrung nachzuarbeiten, wobei jedoch ein Verbindungskanal in einen unteren Bereich der Sacklochvorbohrung münden sollte, um einen Austausch eines Elektrolyts zu gewährleisten und so für eine kurze Herstellungsdauer zu sorgen. Ferner ist auch das Nacharbeiten von kreisbogenförmigen Vorbohrungen möglich, wobei hierbei entsprechend kreisbogenförmige Elektroden verwendet werden müssen.The following explanations on the method according to the invention and on the device according to the invention relate essentially to the reworking of a passage pilot hole with a small diameter. In this case, the passage pilot hole can be reworked so that it is reworked either over its entire length or only up to a certain depth (blind hole). However, it is also possible according to the invention to rework a blind hole pilot hole, but a connecting channel should open into a lower area of the blind hole pilot hole in order to ensure an exchange of an electrolyte and thus to ensure a short production time. Furthermore, the reworking of arcuate pilot holes is possible, in which case corresponding circular arc-shaped electrodes must be used.

l zeigt das Nacharbeiten einer Vorbohrung 20 (Durchgangsbohrung) in einem Werkstück 10, z. B. einer Platte, in welche z. B. eine Fluiddrossel mit bestimmten hydraulischen Eigenschaften eingebracht werden soll. Dies wird dadurch erreicht, dass die Vorbohrung 20 mittels einer Elektrode 40 einer ECM-Vorrichtung feinbearbeitet wird, wodurch ein Umfangsabschnitt (Wandung) im Werkstück 10 der Vorbohrung 20 mittels eines elektrochemischen Verfahrens abgetragen wird. l shows the reworking of a pilot hole 20 (Through hole) in a workpiece 10 , z. B. a plate, in which z. B. a fluid throttle with certain hydraulic properties to be introduced. This is achieved by pre-drilling 20 by means of an electrode 40 an ECM device is finished, whereby a peripheral portion (wall) in the workpiece 10 the pilot hole 20 is removed by an electrochemical process.

Die ECM-Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Zwischen dem Werkstück 10 und der Bearbeitungselektrode 40 wird ein elektrisches Feld mittels einer Spannungsversorgung 60 aufgebaut, wobei die Elektrode 40 bevorzugt als Kathode und das Werkstück 10 entsprechend als Anode geschaltet ist. In der Vorbohrung 20 befindet sich ein Elektrolyt 50, der bevorzugt während des Verfahrens ausgetauscht wird und durch die Vorbohrung 20 hindurchströmt. Hierbei tritt der Elektrolyt 50 bevorzugt an der Stelle in das Werkstück 10 ein, an welcher die Elektrode 40 beginnt, sich in das Werkstück hineinzusenken (Eintrittsort 52) und wird an einem gegenüberliegenden Ende der Vorbohrung 20 (Austrittsort 54) wieder abgeführt. Eine umgekehrte Strömungsrichtung des Elektrolyts ist ebenso realisierbar. Die Elektrode 40 beginnt nun, sich bei Position 52 (1) in das Werkstück 10 hineinzusenken, wobei überall an den Stellen, an welchen ein elektrisches Feld existiert und ein Elektrolyt 50 zwischen Elektrode 40 und Werkstück 10 vorhanden ist, das Werkstück 10 an diesen Stellen im Elektrolyt 50 aufzulösen. Dies ist insbesondere im Bereich eines Bearbeitungsspalts 56 erwünscht. Ein Vorschub 90 bewegt nun die Elektrode 40 in Richtung der Vorbohrung 20 immer weiter durch das Werkstück 10 hindurch, wobei die Vorbohrung 20 auf einen größeren Durchmesser, den gewünschten späteren Bohrungsdurchmesser einer Mikrobohrung 30, aufgeweitet wird. Das Austauschen des Elektrolyts 50 gewährleistet dabei einen möglichst schnellen Abtrag der Wandung um die Vorbohrung 20 herum in Richtung einer Längsachse 95 der Vorbohrung 20, was eine hohe Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 40 sowie immer gleiche chemische Bedingungen im Bereich des Bearbeitungsspalts 56 sicherstellt.The ECM device operates as follows: Between the workpiece 10 and the machining electrode 40 becomes an electric field by means of a power supply 60 constructed, with the electrode 40 preferably as a cathode and the workpiece 10 is connected as an anode accordingly. In the pilot hole 20 there is an electrolyte 50 , which is preferably exchanged during the process and by the pre-drilling 20 flowing. In this case, the electrolyte occurs 50 preferably at the location in the workpiece 10 a, on which the electrode 40 begins to sink into the workpiece (entry point 52 ) and is at an opposite end of the pilot hole 20 (exit location 54 ) discharged again. A reverse flow direction of the electrolyte is also feasible. The electrode 40 Now begins to position yourself 52 ( 1 ) in the workpiece 10 to sink in, with everywhere in the places where an electric field exists and an electrolyte 50 between electrode 40 and workpiece 10 is present, the workpiece 10 at these points in the electrolyte 50 dissolve. This is especially in the range of a machining gap 56 he wishes. A feed 90 Now move the electrode 40 in the direction of the pilot hole 20 ever further through the workpiece 10 through, with the pilot hole 20 to a larger diameter, the desired later bore diameter of a microbore 30 , is widened. Replacing the electrolyte 50 ensures the fastest possible removal of the wall around the pilot hole 20 around in the direction of a longitudinal axis 95 the pilot hole 20 What a high feed rate of the electrode 40 as well as always the same chemical conditions in the area of the machining gap 56 ensures.

Ferner weist die ECM-Vorrichtung zum Fördern des Elektrolyts 50 durch das Werkstück 10 hindurch, eine Pumpe 80 auf, die bevorzugt mit einem Filter ausgerüstet ist, der das im Elektrolyten 50 gelöste Werkstückmetall bzw. dessen Hydroxidverbindungen von einem wiederverwendbaren Elektrolyten 50 trennt. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, einen Durchfluss des Elektrolyts 50 durch das Werkstück 10 hindurch zu messen, was mit einer Durchflussmesseinrichtung 70 geschieht. Der wiederverwendbare Elektrolyt 50 wird nach seinem Filtern zum Eintrittsort 52 zurückgefördert.Further, the ECM device for conveying the electrolyte 50 through the workpiece 10 through, a pump 80 which is preferably equipped with a filter that in the electrolyte 50 dissolved workpiece metal or its hydroxide compounds of a reusable electrolyte 50 separates. In addition, it is advantageous to have a flow of the electrolyte 50 through the workpiece 10 through what to do with a flow meter 70 happens. The reusable electrolyte 50 becomes the entry point after filtering 52 conveyed back.

Die Wahl des Elektrolyts 50 ist abhängig von der Werkstoffpaarung der elektrolytischen Zelle aus Werkstück 10 und Elektrode 40. Idealerweise sind weder Werkstück 10 noch Elektrode 40, unter der Voraussetzung, dass kein elektrisches Feld zwischen Elektrode 40 und Werkstück 10 existiert, im Elektrolyten 50 lösbar. Ferner sollte nur das Material des Werkstücks 10 beim Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen Werkstück 10 und Elektrode 40 in Lösung gehen und nicht das Material der Elektrode 40 selbst. Bevorzugte Elektrolyte 50 für ECM-Verfahren sind z. B. Kochsalz- und Nitratlösungen, Säuren sowie Basen. Für das elektrochemische Bohren eignen sich insbesondere Säuren und Basen. Je nach Material des Werkstücks 10 kann es notwendig sein, einen anderen Elektrolyten 50 zu wählen. So hat sich z. B. bei der Herstellung von Düsenöffnungen für Einspritzdüsen als Elektrolyt 50 eine wässrige NaOH-Lösung (Natronlauge) als vorteilhaft erwiesen. Ferner sollte der Elektrolyt 50 eine hohe chemische Stabilität sowie eine geringe Korrosionswirkung auf die Arbeitsapparatur haben.The choice of the electrolyte 50 depends on the material pairing of the electrolytic cell from the workpiece 10 and electrode 40 , Ideally, they are neither workpiece 10 still electrode 40 , provided that no electric field between electrode 40 and workpiece 10 exists, in the electrolyte 50 solvable. Furthermore, only the material of the workpiece should 10 when applying an electric field between the workpiece 10 and electrode 40 go into solution and not the material of the electrode 40 itself. Preferred electrolytes 50 for ECM procedures are z. For example, saline and nitrate solutions, acids and bases. In particular, acids and bases are suitable for electrochemical drilling. Depending on the material of the workpiece 10 it may be necessary to use another electrolyte 50 to choose. So z. As in the production of nozzle openings for injection nozzles as electrolyte 50 an aqueous NaOH solution (sodium hydroxide) proved to be advantageous. Furthermore, the electrolyte should 50 have a high chemical stability and a low corrosion effect on the working equipment.

Insbesondere für das elektrochemische Bohren ist es von Vorteil, wenn die elektrochemische Wirkung der Elektrode 40 auf ihre unmittelbare Umgebung bzw. auf ihr freies Ende beschränkt ist. Dies ist insbesondere dann erwünscht, wenn die spätere Mikrobohrung 30 über nahezu ihre gesamte Erstreckung hinweg einen gleichen Querschnitt aufweisen soll. Dies wird z. B. mittels einer gepulsten Spannungsquelle 60 bzw. einer wenigstens abschnittsweisen elektrischen Isolierung der Mantelfläche der Elektrode 40 realisiert.In particular, for the electrochemical drilling, it is advantageous if the electrochemical action of the electrode 40 is restricted to its immediate environment or to its free end. This is particularly desirable when the later microbore 30 should have a same cross-section across almost their entire extent. This is z. B. by means of a pulsed voltage source 60 or an at least sectional electrical insulation of the lateral surface of the electrode 40 realized.

Ein gepulster Betrieb der Spannungsversorgung 60 hat zur Folge, dass die an der Kathode austretenden Elektronen nur für die Dauer eines Pulses in den Elektrolyten 50 wandern, was die elektrochemische Abtragswirkung der ECM-Elektrode 40 auf den Weg des Vordringens der Elektronen in einen Bereich um die Elektrode 40 herum limitiert. Dies heißt einerseits, dass die Mikrobohrung 30 einen, um das Doppelte diesen Wegs plus den Durchmesser der Elektrode 40 aufweisenden, späteren Durchmesser D₃₀ haben wird, und andererseits, dass der Bearbeitungsspalt 56 gleich oder etwas geringer sein muss als der Weg der Elektronen in den Elektrolyten 50. Hierdurch kann der Bohrungsdurchmesser D₃₀ der Mikrobohrung 30 durch die Dauer der Spannungspulse genau eingestellt werden. Ferner ist es durch die Wahl der Spannungspulsdauer möglich, mittels ein und derselben Elektrode 40, Mikrobohrungen 30 mit unterschiedlichen Durchmessern D₃₀ zu fertigen sowie Fertigungstoleranzen der Elektrode 40 auszugleichen. So ist es z. B. möglich, mit kurzen Spannungspulsen die Elektrode 40 vollständig durch das Werkstück 10 hindurch zu bewegen und anschließend durch ein Verlängern der Spannungspulse die Bohrung bis zu einem gewünschten Durchmesser D₃₀ aufzuweiten, wobei während des Herstellungsverfahrens der Mikrobohrung 30 Parameter bestimmbar sind, die Rückschlüsse auf die späteren Eigenschaften der Mikrobohrung 30 zulassen. Darüber hinaus ist es möglich die Elektrode 40 seitlich (senkrecht zur Bohrung) zu verschieben und so Bohrungen mit beliebigen Formen herzustellen.A pulsed operation of the power supply 60 As a result, the electrons leaving the cathode are in the electrolyte only for the duration of one pulse 50 wander what the electrochemical erosion effect of the ECM electrode 40 on the way of the advance of the electrons in an area around the electrode 40 limited. On the one hand, this means that the microbore 30 one, twice that distance plus the diameter the electrode 40 having later diameter D ₃₀ and, on the other hand, that the machining gap 56 equal or slightly less than the path of the electrons into the electrolyte 50 , As a result, the bore diameter D _{30 of} the microbore 30 be accurately adjusted by the duration of the voltage pulses. Furthermore, it is possible by the choice of the voltage pulse duration, by means of one and the same electrode 40 , Microbores 30 with different diameters D ₃₀ as well as manufacturing tolerances of the electrode 40 compensate. So it is z. As possible, with short voltage pulses, the electrode 40 completely through the workpiece 10 and thereafter, by extending the voltage pulses, to dilate the bore to a desired diameter D ₃₀ , during the microbore manufacturing process 30 Parameters are determinable, the conclusions about the later properties of the microbore 30 allow. In addition, it is possible the electrode 40 laterally (perpendicular to the hole) to move and so produce holes with arbitrary shapes.

Eine weitere Möglichkeit, die elektrische Wirkung der Elektrode 40 zu begrenzen, besteht in einer elektrischen Isolierung der Elektrode 40 an denjenigen Stellen, an welchen elektrochemische Wirkungen der Elektrode 40 unerwünscht sind. Dies ist z. B. unter der Voraussetzung, dass die Mikrobohrung 30 einen gleichmäßigen Durchmesserquerschnitt aufweisen soll, im Bereich der Mantelfläche der Elektrode 40 notwendig. Hierdurch beschränkt sich die elektrochemische Wirkung der Elektrode 40 ausschließlich auf deren freies Ende, welches die Vorbohrung 20 nacharbeitet. Bevorzugt ist die Dicke der Isolierschicht so klein wie möglich und liegt im allgemeinen zwischen 4 bis 10 μm. Eine solche Isolierschicht, z. B. auf TiAlON-Basis, kann auf die Elektrode 40 gesputtert oder gedampft sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf die gesamte Mantelfläche der Elektrode 40 eine elektrisch nicht leitende Isolierschicht aufgebracht. Darüber hinaus ist es bei einer geeigneten Elektrode 40 möglich, die Isolierschicht mittels einer Oxidschicht des Elektrodenmaterials zu realisieren. Eine so genannte passivierte Oberfläche des Elektrodenmaterials bildet einen abschließend dichten Film auf der Elektrodenoberfläche und hat den Vorteil, dass die Elektrode nicht durch eine Isolierschicht dicker wird, was es ermöglicht sehr dünne Elektroden zu realisieren. Vorteilhaft an einer Isolierung ist darüber hinaus, dass die Spannungsquelle 60 nicht gepulst betrieben werden muss, was einerseits eine einfache Spannungsregelung (mit geringen Kosten für die Vorrichtung der Spannungsversorgung) zur Folge hat und andererseits, dass die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 40 vergleichsweise höher sein kann.Another way, the electrical effect of the electrode 40 to limit, consists in an electrical insulation of the electrode 40 at those locations where electrochemical effects of the electrode 40 are undesirable. This is z. B. provided that the microbore 30 should have a uniform diameter cross-section, in the region of the lateral surface of the electrode 40 necessary. This limits the electrochemical action of the electrode 40 only on the free end, which the pilot hole 20 refinishing. Preferably, the thickness of the insulating layer is as small as possible and is generally between 4 to 10 microns. Such an insulating layer, for. TiAlON-based, can be applied to the electrode 40 be sputtered or steamed. In a preferred embodiment of the invention is on the entire surface of the electrode 40 applied an electrically non-conductive insulating layer. In addition, it is at a suitable electrode 40 possible to realize the insulating layer by means of an oxide layer of the electrode material. A so-called passivated surface of the electrode material forms a final dense film on the electrode surface and has the advantage that the electrode does not become thicker by an insulating layer, which makes it possible to realize very thin electrodes. In addition, it is advantageous for an insulation that the voltage source 60 does not need to be operated pulsed, which on the one hand a simple voltage control (with low cost for the device of the power supply) has the consequence and on the other hand, that the feed rate of the electrode 40 can be comparatively higher.

Darüber hinaus ist es möglich, mit einer so genannten Schutzstromelektrode die elektrochemische Wirkung der Elektrode 40 zu begrenzen. Hierbei ist auf eine Mantelflächenisolierung der Elektrode 40 eine elektrisch leitende Metallschicht aufgebracht, welche über eine Gleichstromquelle an ein der Elektrode 40 entgegengesetztes elektrisches Potential ange schlossen ist. Als Material für den Schutzstromelektroden-Überzug eignen sich sämtliche elektrisch leitenden Materialien, wie z. B. eine Graphitschicht oder ein Metallüberzug.Moreover, it is possible with a so-called protective current electrode, the electrochemical action of the electrode 40 to limit. Here is on a lateral surface insulation of the electrode 40 an electrically conductive metal layer is applied, which via a DC power source to one of the electrode 40 opposite electrical potential is connected. As a material for the protective current electrode coating are all electrically conductive materials such. B. a graphite layer or a metal coating.

Ein Zentrieren der Elektrode 40 in Richtung der Längsachse 95 der Vorbohrung 20 wird mittels der Strömung des Elektrolyts 50 von der entstehenden Mikrobohrung 30 zur verbleibenden Vorbohrung 20 sichergestellt. Darüber hinaus kann jedoch die Elektrode 40 an ihrem freien Ende einen Fortsatz aufweisen, mittels welchem die Elektrode 40 in der Vorbohrung 20 zentrierbar ist. Hierbei sitzt der Fortsatz bevorzugt zentrisch auf der Stirnfläche des freien Endes der Elektrode 40. Es ist darauf zu achten, dass der Fortsatz die Vorbohrung 20 nicht verstopft, damit ein Elektrolytdurchfluss vom Eintrittsort 52 zum Austrittsort 54 gewährleistet ist. Dies erreicht man entweder mit einer entsprechenden Formgebung des Fortsatzes bzw. Ausnehmungen darin. Ganz allgemein muss die Querschnittsfläche des Fortsatzes geringer sein als die Querschnittsfläche der Vorbohrung 20. Selbiges gilt auch für die Elektrode 40, die die Mikrobohrung 30 ausformt, da sonst kein Elektrolytdurchfluss durch die Mikrobohrung 30 möglich wäre.Centering the electrode 40 in the direction of the longitudinal axis 95 the pilot hole 20 is determined by the flow of the electrolyte 50 from the resulting microbore 30 to the remaining pilot hole 20 ensured. In addition, however, the electrode can 40 have at its free end an extension, by means of which the electrode 40 in the pilot hole 20 is centerable. In this case, the extension preferably sits centrically on the end face of the free end of the electrode 40 , It is important to ensure that the extension of the pilot hole 20 not clogged, hence an electrolyte flow from the entry point 52 to the exit point 54 is guaranteed. This can be achieved either with a corresponding shaping of the extension or recesses therein. In general, the cross-sectional area of the extension must be less than the cross-sectional area of the pilot hole 20 , The same applies to the electrode 40 that the microbore 30 ausformt, otherwise no electrolyte flow through the microbore 30 it is possible.

Ferner ist es möglich, mittels einer entsprechenden Formgebung der Elektrode 40 die Elektrode 40 in der Mikrobohrung 30 zu zentrieren. Hierzu ist die Mantelfläche der Elektrode 40 elektrisch isoliert, wobei ein maximaler Durchmesser der Elektrode 40 dem späteren Durchmesser der Mikrobohrung 30 entspricht. Zum Sicherstellen eines Elektrolytflusses durch die entstehende Mikrobohrung 30 hindurch weist die Elektrode 40 in ihrer Längsrichtung langgestreckte Ausnehmungen auf, welche es einem Elektrolyten 50 gestatten, am Eintrittsort 52 der Mikrobohrung 30 entlang der Elektrode 40 zum Bearbeitungsspalt 56 zu fließen und von dort durch die verbleibende Vorbohrung 20 abgeführt zu werden. Da ein solcher Querschnitt (z. B. angenähert sternförmig) u. U. keinen gewünschten Bohrungsquerschnitt (z. B. kreisförmig) herstellt, kann es je nach Querschnittsform und Größe der Ausnehmungen für die Si cherstellung des Elektrolytflusses sowie für eine möglichst regelmäßige Ausbildung der Mikrobohrung 30 notwendig sein, dass die Elektrode 40 sich um ihre Längsachse 95 dreht.Furthermore, it is possible by means of a corresponding shaping of the electrode 40 the electrode 40 in the micro bore 30 to center. For this purpose, the lateral surface of the electrode 40 electrically isolated, with a maximum diameter of the electrode 40 the later diameter of the microbore 30 equivalent. To ensure electrolyte flow through the resulting microbore 30 the electrode points through it 40 in their longitudinal direction elongated recesses, which is an electrolyte 50 allow, at the entry point 52 the microbore 30 along the electrode 40 to the machining gap 56 to flow and from there through the remaining pilot hole 20 to be dissipated. Since such a cross-section (eg approximately star-shaped) u. Depending on the cross-sectional shape and size of the recesses for the Si cherstellung of the electrolyte flow and for the most regular formation of the microbore 30 be necessary that the electrode 40 around its longitudinal axis 95 rotates.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrode 40 ein langgestreckter Vollzylinder. Darüber hinaus sind mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens andere Elektrodenformen anwendbar. So sind z. B. quader- oder prismenförmige massive langgestreckte Elektroden 40 möglich, die einen entsprechenden Bohrungsquerschnitt der Mikrobohrung 30 hervorrufen. Darüber hinaus sind auch ellipsenförmige Querschnitte mit entsprechenden Elektroden 40 realisierbar. Ferner ist es z. B. mit einer an ihrer Mantelfläche nicht elektrisch isolierten Elektrode 40 möglich, nachdem die Elektrode 40 so weit wie gewünscht in das Werkstück 10 hinein bewegt worden ist, die Elektrode 40 nicht mehr in ihrer Längsachse 95 zu verschieben, sondern senkrecht dazu, um so z. B. Langlöcher mit beliebigen Querschnitten zu erzeugen.In a preferred embodiment of the invention, the electrode is 40 an elongated solid cylinder. In addition, by means of the device according to the invention and the method according to the invention other forms of electrodes reversible. So z. B. cuboid or prismatic massive elongated electrodes 40 possible, the corresponding bore cross-section of the microbore 30 cause. In addition, elliptical cross sections are also provided with corresponding electrodes 40 realizable. Furthermore, it is z. B. with a not electrically insulated on its lateral surface electrode 40 possible after the electrode 40 as far as desired in the workpiece 10 has been moved into, the electrode 40 no longer in its longitudinal axis 95 to move, but perpendicular to so z. B. to create slots with arbitrary cross-sections.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Herstellen von Drosselbohrungen sowie zum Herstellen von Einspritzöffnungen von Einspritzdüsen. Insbesondere bei den Einspritzdüsen sind die kurzen Prozesszeiten des Verfahrens (inklusive der Herstellung einer Vorbohrung 20 mittels eines Laserbohrverfahrens) besonders vorteilhaft.The inventive method is particularly suitable for producing throttle bores and for producing injection openings of injection nozzles. Especially with the injection nozzles are the short process times of the process (including the production of a pilot hole 20 by means of a laser drilling method) is particularly advantageous.

Zum Herstellen von Einspritzöffnungen von Einspritzdüsen sind Durchgangsbohrungstiefen von ca. 1 mm notwendig. Daher ist die Elektrode 40 zum Nacharbeiten von Vorbohrungen 20 in einer Einspritzdüse zur Herstellung von Einspritzöffnungen etwas länger als 1 mm, wodurch sichergestellt ist, dass die Vorbohrung 20 auch vollständig nachgearbeitet wird. Eine moderne Einspritzdüse weist ca. 6 bis über 24 Einspritzöffnungen auf, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels eines Laserbohrverfahrens vorgebohrt werden. Hierzu wird vorzugsweise ein Festkörperlaser mit hoher Pulsenergie von > 100 mJ und/oder großer Pulsfolgefrequenz > 10 kHz verwendet. Anschließend werden diese Vorbohrungen 20 in der Einspritzdüse mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nachgearbeitet, wobei jede Vorbohrung 20 zu einer Mikrobohrung 30 mit definiertem Durchmesser und somit festgelegten hydraulischen Eigenschaften auf geweitet wird. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Vorbohrung ca. 10±5 bis 20±5 μm kleiner als die spätere Mikrobohrung 30. Jede spätere Mikrobohrung 30 sollte bei Einspritzdüsen mit 6 bis 12 Einspritzöffnungen einen Durchmesser von 110 μm und bei 24 Einspritzöffnungen einen Durchmesser von 80 μm aufweisen. Daraus folgt, dass der Durchmesser einer Vorbohrung bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Einspritzdüsen einen Durchmesser von ca. 55 bis 105 μm, insbesondere von 70 bis 100 μm, haben sollte.Through holes of approx. 1 mm are necessary for producing injection openings of injection nozzles. Therefore, the electrode 40 for reworking pilot holes 20 in an injection nozzle for making injection openings slightly longer than 1 mm, which ensures that the pilot hole 20 also completely reworked. A modern injection nozzle has about 6 to more than 24 injection ports, which are predrilled by the method according to the invention by means of a laser drilling method. For this purpose, a solid-state laser with a high pulse energy of> 100 mJ and / or a high pulse repetition frequency> 10 kHz is preferably used. Subsequently, these pilot holes 20 refinished in the injection nozzle by means of the method according to the invention, wherein each pilot hole 20 to a microbore 30 with a defined diameter and thus defined hydraulic properties. When using the method according to the invention, the pilot hole is about 10 ± 5 to 20 ± 5 microns smaller than the later microbore 30 , Every subsequent microbore 30 should have a diameter of 110 microns for injection nozzles with 6 to 12 injection ports and a diameter of 80 microns for 24 injection ports. It follows that the diameter of a pilot hole in the application of the method according to the invention to injectors should have a diameter of about 55 to 105 microns, especially from 70 to 100 microns.

Die Maßhaltigkeit der Elektrode 40 ist ein entscheidender Einflussfaktor für die Qualität der späteren Mikrobohrung 30. Seine Grenzen nach unten findet das erfindungsgemäße Verfahren in der kleinsten herstellbaren Elektrode 40.The dimensional accuracy of the electrode 40 is a decisive factor influencing the quality of the later microbore 30 , Its limits down the process of the invention in the smallest manufacturable electrode 40 ,

Claims

Method for producing a reproducible microbore ( 30 ) having certain hydraulic properties and a maximum diameter of 110μm and an aspect ratio of at least 10, the microbore ( 30 ) by means of an electrochemical process by means of an electrode ( 40 ) in a position in a workpiece ( 10 ) in which already a pilot hole ( 20 ), which has a smaller diameter (D ₂₀ ) than the later microbore ( 30 ).

Process according to claim 1, wherein the electrochemical process is carried out in the presence of an electrolyte ( 50 ) while applying an electrical potential between the electrode ( 40 ) and the workpiece ( 10 ) takes place, the electrode ( 40 ) at an external position ( 52 . 54 ) of the pilot hole ( 20 ) on the workpiece ( 10 ), under an electrochemical ablation of a peripheral portion of a wall of the pilot hole ( 20 ) by dissolving in the electrolyte ( 50 ), successively into the workpiece ( 10 ) and while the pilot hole ( 20 ) to a desired diameter (D ₃₀ ) of the microbore ( 30 ) is widened.

Method according to claim 1 or 2, wherein to ensure a continuous flow of the electrolyte ( 50 ) through the workpiece ( 10 ), the pilot hole ( 20 ) is a through hole and the electrolyte ( 50 ) from one side of the workpiece ( 10 ) in the direction of pilot drilling ( 20 ), at which the electrode ( 40 ) in the workpiece ( 10 ), and the electrolyte ( 50 ) on one of these opposite side of the pilot hole ( 20 ) is discharged.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the electrolyte ( 50 ) at the outer position ( 52 ) of the existing microbore ( 30 ) into the resulting microbore ( 30 ) from outside the electrode ( 40 ) or an ECM device which is in the direction of the pilot hole ( 20 ) in the workpiece ( 10 ) penetrates the microbore ( 30 ).

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the flow rate increase of the electrolyte ( 50 ) through the workpiece ( 10 ), between an entry ( 52 ) and an exit point ( 54 ) of the electrolyte ( 50 ) on the workpiece ( 10 ) there is a pressure difference.

Method according to one of claims 1 to 5, wherein for influencing a current production parameter in producing the microbore ( 30 ) the hydraulic properties of the microbore ( 30 ) by continuously detecting and evaluating a flow of the electrolyte ( 50 ) through the workpiece ( 10 ), to be monitored on the basis of these data, by means of a readjustment or control of electrochemical process parameters during the production of the microbore ( 30 ), on the later hydraulic properties of the microbore ( 30 ) Influence.

A method according to any one of claims 1 to 6, wherein to limit the electrochemical action to an immediate environment of the electrode ( 40 ) a power supply ( 60 ), which determines the electrical potential between electrode ( 40 ) and workpiece ( 10 ), is pulsed and the duration of a voltage pulse is preferably in the range up to 100 ns, preferably 5 to 50 ns, in particular 10 to 30 ns, particularly preferably 20 ± 5 ns.

Method according to one of claims 1 to 7, wherein the microbore ( 30 ) has a diameter (D ₃₀ ) of 50 to 150 μm, preferably 70 to 130 μm, in particular 80 to 110 μm, particularly preferably 90 to 100 μm.

Method according to one of claims 1 to 8, wherein the diameter (D ₂₀ ) of the pilot hole ( 20 ) 3 to 40 microns, preferably, 5 to 30 microns, in particular 10 to 20 microns, more preferably 15 ± 2 microns smaller than the diameter (D ₃₀ ) of the microbore ( 30 ).

Method according to one of claims 1 to 9, wherein the pilot hole ( 20 ) is produced by means of a laser drilling method, preferably by means of a percussion drilling method, and preferably a solid-state laser with a pulse energy of> 100 mJ and / or a pulse repetition frequency> 10 kHz is used.

Method according to one of claims 1 to 10, wherein the electrolyte ( 50 ) is a NaOH solution.

Component or device with a fluid throttle, the throttle bore with a method according to one of claims 1 to 11 is made.

injection or injection nozzle system with at least one bore, which with a method according to a the claims 1 to 11 is made.

Device for producing reproducible microbores ( 30 ) with certain hydraulic properties, whereby one in a workpiece ( 10 ) movable section of an ECM electrode ( 40 ) exclusively a solid, preferably substantially elongated, fully cylindrical body ( 40 ) and when making the microbore ( 30 ) the ECM electrode ( 40 ) without a surrounding electrolyte conveying tube in the workpiece ( 10 ) at the position of a pilot hole ( 20 ) is advanced.

Apparatus according to claim 14, wherein a control device controlling a flow of an electrolyte ( 50 ) through the workpiece ( 10 ) and / or controls, and preferably a device is provided which a fluid pressure on the electrolyte ( 50 ) at least in the region of the workpiece ( 10 ) imprints.

Device according to claim 14 or 15, wherein the ECM electrode ( 40 ) has at its free end a, preferably central, extension, by means of which the ECM electrode ( 40 ) in the pilot hole ( 20 ) is centered, wherein the extension is preferably electrically non-conductive.

Device according to one of claims 14 to 16, wherein the ECM electrode ( 40 ) and / or its extension each have a cross-sectional area which is smaller in comparison to a cross-sectional area of a respective bore ( 30 . 20 ) in which the ECM electrode ( 40 ) or its extension when making the microbore ( 30 ) to allow a flow of an electrolyte ( 50 ) of its entry ( 52 ) to its exit point ( 54 ) on the workpiece ( 10 ) to ensure.

Device according to one of claims 14 to 18, wherein, to limit the electrochemical action to a specific portion, preferably to a free end, of the electrode ( 40 ) a lateral surface of the electrode ( 40 ) is at least partially electrically isolated and an electrical insulation of the lateral surface of the electrode ( 40 ) is preferably realized by means of a mixed oxide or an oxide ceramic.

System for producing a microbore ( 30 ) comprising a laser drilling device and a micro-drilling device according to one of claims 14 to 17, wherein the pilot bore ( 20 ) is produced by means of the laser drilling apparatus, which preferably carries out a percussion drilling method with a solid-state laser and uses a pulse energy of> 100 mJ and / or a pulse repetition frequency> 10 kHz, and the micro-drilling apparatus thereafter the microbore ( 30 ) in the position of the pilot hole ( 20 ) in the workpiece ( 10 ).