DE102005055422A1

DE102005055422A1 - Anordnung und Verfahren zum Bearbeiten von Durchgangsöffnungen unter Verwendung eines Fluids

Info

Publication number: DE102005055422A1
Application number: DE102005055422A
Authority: DE
Inventors: Herbert Frankl
Original assignee: Sonplas GmbH
Current assignee: Sonplas GmbH
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2007-05-24
Also published as: ATE433364T1; DE502006003927D1; EP1787753A1; EP1787753B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bearbeiten zumindest zweier, in serieller Leitungsverbindung angeordneter Durchgangsöffnungen unter Verwendung eines Fluides, welches durch die Durchgangsöffnungen geleitet wird. Dabei ist eine Hauptpumpe zum Erzeugen einer Hauptfluidströmung durch alle seriell angeordneten Durchgangsöffnungen vorgesehen. Ferner ist mindestens eine Nebenpumpe vorgesehen, die zum gleichzeitigen Zu- oder Abführen einer Nebenfluidströmung zwischen zwei in der Leitungsverbindung benachbarten Durchgangsöffnungen angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bearbeiten zumindest zweier, in serieller Leitungsverbindung angeordneter Durchgangsöffnungen unter Verwendung eines Fluides, welches durch die Durchgangsöffnungen geleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Bearbeiten von Durchgangsöffnungen unter Verwendung eines Fluides, welches durch die Durchgangsöffnungen geleitet wird.

Aus er DE 197 00 304 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Durchflusses von Durchflusskanälen, insbesondere von Einspritzventilen für Verbrennungsmotoren, bekannt. Gemäß der Lehre der DE 197 00 304 C1 wird jeweils ein Ventil in einer Bearbeitungsvorrichtung angeordnet, die ein Abrasivmedium unter Materialabtragung durch den Durchflusskanal durchleitet.

Weitere hydroerosive Bearbeitungsvorrichtungen sind beispielsweise aus der US 6,575,815 B1 bekannt.

Es ist ferner bekannt, Einspritzventile am Schluss des Fertigungsprozesses bezüglich ihres Durchflusses zu überprüfen. Hierzu wird eine Messvorrichtung verwendet, in der das darin angeordnete Einspritzventil mit einem nicht abrasiven Testfluid unter einem bestimmten Druck beaufschlagt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zum Bearbeiten von Durchgangsöffnungen unter Verwen dung eines Fluides anzugeben, die bei hoher Präzision einen besonders hohen Bauteildurchsatz erlauben.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung beinhaltet eine Anordnung zum Bearbeiten zumindest zweier, in serieller Leitungsverbindung angeordneter Durchgangsöffnungen unter Verwendung eines Fluides, welches durch die Durchgangsöffnungen geleitet wird, mit einer Hauptpumpe, die zum Erzeugen einer Hauptfluidströmung durch die Durchgangsöffnungen eingangsseitig der seriellen Leitungsverbindung an einer ersten Durchgangsöffnung vorgesehen ist, und mindestens einer Nebenpumpe, die zum gleichzeitigen Zu- oder Abführen einer Nebenfluidströmung zwischen zwei in der Leitungsverbindung benachbarten Durchgangsöffnungen vorgesehen ist.

Ein erster Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass mehrere Bohrungen in ein und derselben Anordnung gleichzeitig, das heißt zeitlich parallel, bearbeitet werden. Hierzu werden die gleichzeitig zu bearbeitenden Bohrungen oder Durchgangskanäle in Serie entlang einer Fluidleitung angeordnet. Mittels einer Hauptpumpe wird ein Hauptfluidstrom erzeugt, der gleichzeitig alle hintereinander angeordneten Durchgangsöffnungen durchlaufen kann und insbesondere an allen Durchgangsöffnungen gleichzeitig abrasiv wirken kann. Hierzu wird die Hauptpumpe vor einer ersten, eingangsseitig an der seriellen Leitungsverbindung der einzelnen Durchgangsöffnungen angeordneten Durchgangsöffnung vorgesehen. Die Hauptfluidströmung durchläuft somit zunächst die eingangsseitig angeordnete, erste Durchgangsöffnung, dann eine zur ersten Durchgangsöff nung benachbarte, zweite Durchgangsöffnung, dann gegebenenfalls eine zur zweiten Durchgangsöffnung benachbarte, dritte Durchgangsöffnung, und so weiter. Schließlich tritt die Hauptfluidströmung an dem der Hauptpumpe abgewandten Ende der Fluidleitung aus der in der seriellen Anordnung letzten Durchgangsöffnung aus. Die Hauptfluidströmung der Hauptpumpe kann somit grundsätzlich simultan in allen Durchgangsöffnungen wirken.

Um auf die einzelnen Durchgangsöffnungen unabhängig voneinander einwirken zu können, insbesondere um die Abtragungsraten an den einzelnen Durchgangsöffnungen bei der Bearbeitung unabhängig voneinander einstellen zu können, ist erfindungsgemäß zudem mindestens eine Nebenpumpe vorgesehen. Die Nebenpumpen sind dabei jeweils in Zwischenräumen zwischen zwei in Leitungsverbindung benachbarten Durchgangsöffnungen angeordnet. Die Nebenpumpen erlauben es somit, der Hauptfluidströmung im Verlauf durch die nacheinander angeordneten Durchgangsöffnungen Volumenstrom zuzuführen oder Volumenstrom abzuziehen. Hierdurch ist es möglich, die Durchflussrate und/oder die Druckdifferenz an den Durchgangsöffnungen individuell einzustellen. Soll beispielsweise die Abtragungsrate an einer bestimmten Durchgangsöffnung relativ zu den anderen Durchgangsöffnungen erhöht werden, so kann mittels einer in Hauptfluidströmungsrichtung oberstromig der Durchgangsöffnung angeordneten Nebenpumpe zusätzlich Fluid in die Leitungsverbindung zugeführt werden und dieses zusätzliche Fluid unterstromig der Durchgangsöffnung mittels einer weiteren Nebenpumpe wieder abgeführt werden. Mittels der Erfindung können somit auch mehrere Durchgangsöffnungen unterschiedlicher Funktionalität und unterschiedlichen Ausgangszustandes zeitgleich bearbeitet werden.

Zur besonders präzisen Kontrolle aller gleichzeitig bearbeiteten Durchgangsöffnungen ist geeigneterweise zwischen jedem benachbarten Durchgangsöffnungspaar eine eigene Nebenpumpe vorgesehen, das heißt die Zahl der Nebenpumpen entspricht zumindest der Zahl der Durchgangsöffnungen abzüglich eins. Es kann jedoch auch eine geringere Zahl von Nebenpumpen vorgesehen sein, wobei sich jedoch dann die an die nebenpumpenlosen Zwischenräume anschließenden Durchgangsöffnungen in der Regel nicht unabhängig voneinander mit Fluid beaufschlagen lassen.

Erfindungsgemäß können vorzugsweise zwei Durchgangsöffnungen gleichzeitig bearbeitet werden, wobei in diesem Fall genau eine Nebenpumpe vorgesehen sein kann. Die nach der Erfindung gleichzeitig zu bearbeitenden Durchgangsöffnungen können insbesondere in ein und demselben Bauteil angeordnet sein. So kann es sich bei den Durchgangsöffnungen beispielsweise um zwei kommunizierende Steuerdrosselbohrungen handeln, wie zum Beispiel um Zu- und Ablaufdrosselbohrungen von Dieselinjektoren. Die Durchgangsöffnungen können aber auch in getrennten Bauteilen vorgesehen sein. Sofern die Durchgangsöffnungen nicht bauartbedingt in einer seriellen Fluidverbindung angeordnet sind, kann die Erfindung auch Verbindungsmittel zum Herstellen einer seriellen Fluidverbindung der Durchgangsöffnungen umfassen. Zum Herstellen der seriellen Fluidverbindung kann es insbesondere erfindungsgemäß sein, einen Zwischenraum, der zwischen zwei in einem Bauteil vorgesehenen Durchgangsöffnungen angeordnet ist, abzudichten.

Die Erfindung ist sowohl zum individuellen hydroerosiven Verrunden und/oder Durchflusseinstellen der Durchgangsöffnungen unter Verwendung eines Abrasivfluides als auch zum Vermessen der Durchflusseigenschaften der individuellen Durchgangsöffnungen unter Verwendung eines Testfluids, das nicht notwendigerweise abrasiv wirken muss, geeignet. Im letzten Fall kann dann an den Messvorgang mit nicht abrasivem Fluid ein Schleifvorgang mit Abrasivfluid anschließen. Demgemäß wird nach der Erfindung unter einer Bearbeitung sowohl ein Schleifen als auch ein Messen der Durchgangsöffnungen verstanden. Es kann erfindungsgemäß auch während des Schleifens am Schleiffluid selbst gemessen werden.

Die Hauptpumpe ist geeigneterweise mit einer Förderrichtung, lediglich zum Zuführen von Fluid, ausgebildet, wohingegen die mindestens eine Nebenpumpe bevorzugt mit zwei Förderrichtungen, zum Zu- und Abführen von Fluid, ausgeführt ist.

Die Bearbeitungspräzision kann weiter dadurch verbessert werden, dass Mittel zum Bestimmen und/oder Steuern des Arbeitsdrucks und/oder des Durchflusses der Hauptpumpe und/oder der mindestens einen Nebenpumpe vorgesehen sind. Wird ein Abrasivfluid zum Innenlochschleifen der Durchgangsöffnungen verwendet, ist eine besonders einfache Prozessführung dadurch gegeben, dass der Arbeitsdruck der Pumpen gezielt eingestellt wird, wofür geeigneterweise Mittel zum Steuern des Arbeitsdrucks der Hauptpumpe und des Arbeitsdrucks der Nebenpumpe vorgesehen sind. Um gleichzeitig den Bearbeitungsfortschritt messen zu können, wird vorteilhafterweise gleichzeitig der Durchfluss der Hauptpumpe und der Nebenpumpe bestimmt, wozu geeigneterweise entsprechende Mittel vorgesehen sind. Unter dem Durchfluss kann insbesondere der Volumenstrom oder eine mit dem Volumenstrom korrelierte Größe verstanden werden. Grundsätzlich können beim Schleifen aber auch die Durchflüsse der einzelnen Pumpen gesteuert und die Drücke gemessen werden. Auch gemischte Verfahrensführungen, bei denen bei einem Teil der Pumpen der Arbeitsdruck und bei einem anderen der Durchfluss gesteuert wird, sind möglich. Der Begriff der Steuerung soll nach der Erfindung auch ein Regeln umfassen.

Wird die Abtragung mit einem Testfluid bestimmt, so werden für ein besonders einfaches Messergebnis vorzugsweise die Durchflüsse der Pumpen gesteuert und die resultierenden Drücke an den Pumpen erfasst. Grundsätzlich können aber auch die Drücke gesteuert werden und die Durchflüsse der einzelnen Pumpen bestimmt werden. Auch hier sind wieder gemischte Verfahrensführungen möglich.

Während beim Schleifen geeigneterweise mit zeitlich variabler Nebenfluidströmung gearbeitet wird, ist zum reinen Messen geeigneterweise eine zeitlich konstante Nebenfluidströmung vorgesehen.

Die Präzision und die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung kann weiter dadurch verbessert werden, dass ausgangsseitig der Leitungsverbindung an der letzten Durchgangsöffnung eine Gegendruckerzeugungseinrichtung angeordnet ist. Eine solche Gegendruckerzeugungseinrichtung ermöglicht es, die Wirkung des Fluides an der in Hauptströmungsrichtung zuhinterst in der Fluidleitung angeordneten Durchgangsöffnung gezielt relativ zu den verbleibenden Durchgangsöffnungen zu variieren. Als Gegendruckerzeugungseinrichtung kann beispielsweise eine Gegendruckerzeugungspumpe vorgesehen sein. Eine besonders wirtschaftliche Anordnung ist jedoch dadurch gegeben, dass die Gegendruckerzeugungseinrichtung als Ventil ausgebildet ist. Unter einem Ventil kann dabei jede Art von Absperr- und/oder Regelorgan verstanden werden. Durch Schließen des Ventiles entsteht auslaufseitig der letzten Durchgangsöffnung ein Druck, der die Druckdifferenz und somit die Durchflussrate an der letzten Durchgangsöffnung verringert.

Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Bearbeiten zumindest zweier, in serieller Leitungsverbindung angeordneter Durchgangsöffnungen unter Verwendung eines Fluides, welches durch die Durchgangsöffnungen geleitet wird, bei dem mittels einer an einer eingangsseitig an der seriellen Leitungsverbindung an einer ersten Durchgangsöffnung vorgesehenen Hauptpumpe eine Hauptfluidströmung durch die Durchgangsöffnungen erzeugt wird und mittels mindestens einer Nebenpumpe eine Nebenfluidströmung zwischen zwei in der Leitungsverbindung benachbarten Durchgangsöffnungen zu- oder abgeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Anordnung durchgeführt werden, wodurch die in diesem Zusammenhang erläuterten Vorteile erzielt werden können. Die vorstehenden Erläuterungen hinsichtlich des Grundgedankens und bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung gelten in analoger weise für das erfindungsgemäße Verfahren, wie auch die nachstehenden Erläuterungen betreffend das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher weise für die erfindungsgemäße Anordnung Geltung besitzen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, alle hintereinander in Leitungsverbindung angeordneten Durchgangsöffnungen gleichzeitig mittels einer Hauptfluidströmung zu beaufschlagen, die mittels einer Hauptpumpe an einer eingangsseitig vorgesehenen, ersten Durchgangsöffnung erzeugt wird. Um an den einzelnen Durchgangsöffnungen eine Fluidwirkung zu erzielen, die unabhängig von der Fluidwirkung an den verbleibenden Durchgangsöffnungen ist, ist ferner vorgesehen, mittels mindestens einer Nebenpumpe Fluidvolumenstrom zwischen den einzelnen, hintereinander angeordneten Durchgangsöffnungen zuzuführen oder abzuziehen. Hierzu ist mindestens eine Nebenpumpe vorgesehen, die in zumindest einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Durchgangsöffnungen in die serielle Leitungsverbindung einmündet. Hierdurch ist es möglich, die Hauptfluidströmung an den einzelnen Durchgangsöffnungen individuell zu erhöhen oder zu verringern.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei solchen Durchgangsöffnungen angewandt werden, die nicht bauartbedingt in serieller Leitungsverbindung stehen, wobei dann im seriellen Verbinden der einzelnen Durchgangsöffnungen, beispielsweise mittels flexibler Zwischenleitungen, ein eigenständiger Verfahrensschritt gesehen werden kann.

Ein besonders präzises und vielseitiges Verfahren ist dadurch gegeben, dass ausgangsseitig der Leitungsverbindung an einer letzten Durchgangsöffnung gezielt ein Gegendruck erzeugt wird. Unter der letzten Durchgangsöffnung wird dabei insbesondere die in der seriellen Leitungsverbindung zuletzt vorgesehene, auf der der Hauptpumpe abgewandten Seite der Leitungsverbindung angeordnete Durchgangsöffnung verstanden. Zum Erzeugen des Gegendrucks kann insbesondere ein Ventil vorgesehen sein. Geeigneterweise wird der Gegendruck im Laufe des Bearbeitungsvorgangs, das heißt mit der Zeit, geändert.

Zur Vermeidung von Kavitation oder anderer schädlicher Effekte kann es vorteilhaft sein, schon von Beginn des Bearbeitungsvorganges an einen Gegendruck zu erzeugen, der geeigneterweise im Laufe des Bearbeitungsverfahrens variiert werden kann.

Für ein Hydroschleifverfahren ist es besonders vorteilhaft, dass als Fluid ein Abrasivfluid verwendet wird, das beim Durchgang durch die Durchgangsöffnungen Material abträgt. Das Verfahren kann dann zur Verrundung und Durchflusseinstellung der Durchgangsöffnungen dienen. Das Abrasivfluid kann insbesondere eine Flüssigkeit aufweisen. Vorzugsweise weist das Abrasivfluid eine Trägerflüssigkeit auf, die Abrasivpartikel enthält. Das Abrasivfluid kann beispielsweise eine Trägerflüssigkeit auf Wasserbasis, einer organischen Basis oder einer sonstigen Basis aufweisen, wobei auch bei nicht wasserbasier ten Abrasivfluiden von einer hydroerosiven Bearbeitung gesprochen werden kann.

Bei der Verwendung eines Abrasivfluides wird vorteilhafterweise die Nebenfluidströmung und/oder die Hauptfluidströmung in den einzelnen Durchgangsöffnungen zeitlich verändert. Hierdurch ist es möglich, die Durchflussraten in den einzelnen Durchgangsöffnungen sowohl in absoluter Hinsicht als auch relativ zu den verbleibenden Durchgangsöffnungen zu variieren, und somit die Abtragungsgeschwindigkeit und/oder die Gesamtabtragung in den einzelnen Durchgangsöffnungen auch bei gleichzeitiger Bearbeitung individuell zu kontrollieren.

Grundsätzlich ist es möglich, die Pumpen bei der Bearbeitung nach einem vorher festgelegten zeitlichen Ablaufschema zu betreiben. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn die Durchgangsöffnungen bereits vor dem Bearbeitungsvorgang nur geringfügige Toleranzen aufweisen und somit dieselben Bearbeitungsdauern in der Regel zum selben Ergebnis führen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, dass der Abtragungsfortschritt der Durchgangsöffnungen überwacht wird und dass insbesondere die Hauptfluidströmung, die Nebenfluidströmung und/oder der Gegendruck in Abhängigkeit vom Abragungsfortschritt gesteuert werden. In diesem Fall kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit anhand kontinuierlich während des Prozesses ermittelter Durchflusseigenschaften des Bauteils gezielt eingestellt werden. Bei einer solchen Verfahrensführung können geringe Ausgangstoleranzen auch bei großen Eingangstoleranzen der Durchgangsöffnungen erhalten werden.

Zur Steuerung der einzelnen Fluidströmungen können insbesondere die Arbeitsdrücke der Pumpen gesteuert werden. Grundsätzlich ist aber auch die Steuerung der Durchflüsse der Pumpen oder eine gemischte Verfahrensführung, bei der bei einem Teil der Pumpen der Druck und bei einem anderen Teil der Pumpen der Durchfluss gesteuert wird, möglich. Die Fluidströmungen und/oder der Gegendruck können grundsätzlich schrittweise oder stufenlos verändert werden.

Grundsätzlich ist es möglich, den Abtragungsfortschritt lediglich einzelner Durchgangsöffnungen zu steuern und/oder, sofern mehrere Nebenpumpen vorgesehen sind, nur die Nebenfluidströmungen einzelner Nebenpumpen zu steuern. Vorteilhafterweise wird jedoch der Abtragungsfortschritt aller Durchgangsöffnungen erfasst und auch alle Nebenfluidströmungen gesteuert.

Grundsätzlich können zur Messung des Abtragungsfortschrittes der Durchgangsöffnungen Druckmessungen und/oder Durchflussmessungen vorgesehen sein. Derartige Messungen können beispielsweise an den Pumpenleitungen, aber auch in den Leitungsabschnitten zwischen den einzelnen Durchflussöffnungen vorgesehen sein. Eine besonders einfache Verfahrensführung ist jedoch dadurch gegeben, dass zur Messung des Abtragungsfortschrittes der Durchfluss durch die Hauptpumpe und durch die Nebenpumpe gemessen wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Arbeitsdrücke dieser Pumpen gesteuert werden. Durch Verrechnung der Drücke und der Durchflüsse an den Pumpen kann auf die Strömungswiderstände der Durchflussöffnungen und somit auf deren Abtragungsfortschritte rückgeschlossen werden.

Für eine genaue Prozesskontrolle ist es ferner vorteilhaft, dass zur Bestimmung des Abtragungsfortschrittes die zeitliche Änderung des Durchflusses durch die Hauptpumpe und/oder durch die Nebenpumpe gemessen wird. Hierdurch können die aktuellen Materialabtragungsraten an den Bohrungen bestimmt werden, womit wiederum eine theoretische restliche Schleifdauer für jede Bohrung errechnet werden kann. Dies erlaubt es zu vermeiden, dass zwei oder mehrere Bohrungen zeitgleich eine Zielabtragung erreichen, was einen unerwünschten Betriebszustand an den Pumpen mit sich bringen könnte. Ergibt die Hochrechnung für die theoretische restliche Schleifdauer zwei oder mehrere gleiche Endzeitpunkte, so kann diesem ungewünschten Zustand rechtzeitig durch geeignete Änderung der Fluidströmungen und/oder des Gegendruckes entgegengewirkt werden.

Zum Einstellen der Abtragungsraten in den einzelnen Durchgangsöffnungen kann vorgesehen sein, dass die Durchflussraten der einzelnen Pumpen gesteuert werden. Eine besonders einfache Prozesssteuerung ist jedoch dadurch gegeben, dass die Arbeitsdrücke der Hauptpumpe und der Nebenpumpe gesteuert werden. Zusätzlich kann der Arbeitsdruck der Gegendruckerzeugungsanlage, insbesondere durch Einstellung des Ventils, gesteuert werden.

Besonders geringe Bauteiltoleranzen können dadurch erzielt werden, dass bei Erreichen eines Abtragungszielwertes an einer der Durchgangsöffnungen der Abrasivfluiddruck beiderseits dieser Durchgangsöffnung zum Beenden des Schleifvorganges angeglichen wird. Damit kommt die Fluidströmung und folglich die Abtragung in dieser Durchgangsöffnung zum Stillstand. Zur Druckangleichung werden geeigneterweise die beiderseits der Durchgangsöffnung angeordneten Pumpen mit demselben Arbeitsdruck betrieben. Ist folglich ein Abtragungszielwert an der ersten Durchgangsöffnung erreicht, so können die Arbeitsdrücke der Hauptpumpe und der ersten Nebenpumpe angeglichen werden. Ist ein Abtragungszielwert an der zweiten Durchgangsöffnung erreicht, so können die Arbeitsdrücke der ersten Nebenpumpe und der zweiten Nebenpumpe, die beiderseits der zweiten Durchgangsöffnung angeordnet sind, angeglichen werden, und so weiter. Ist ein Abtragungszielwert an der in Hauptströmungsrichtung letzten Durchgangsöffnung erreicht, so kann mittels der Gegendruckerzeugungseinrichtung ausgangsseitig der letzten Durchgangsöffnung ein Druck erzeugt werden, der dem Druck der letzten Nebenfluidpumpe entspricht. Insbesondere kann hierzu das Ventil der letzten Durchgangsöffnung vollständig verschlossen werden.

Für ein reines Messverfahren ist es vorteilhaft, dass als Fluid ein nicht abrasives Prüffluid verwendet wird. Dabei wird geeigneterweise zur Zustandsbestimmung der Durchgangsöffnungen der Arbeitsdruck der Hauptpumpe, der Arbeitsdruck der Nebenpumpe und der Durchfluss durch diese Pumpen ermittelt und/oder gesteuert. Vorteilhafterweise werden die Arbeitsdrücke gesteuert und die resultierenden Durchflüsse ermittelt. Grundsätzlich können aber auch die Durchflüsse gesteuert werden und die Arbeitsdrücke ermittelt werden. Eine besonders leicht interpretierbare Messung wird dadurch erhalten, dass die jeweils gesteuerten Kenngrößen der Pumpen konstant gehalten werden.

Die Erfindung erlaubt es, die Bearbeitungsvor- und Gegendrücke an den einzelnen Durchgangsöffnungen zum Einstellen der Bearbeitungsgeschwindigkeiten an diesen Durchgangsöffnungen kontinuierlich zu regeln. Ein Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass zumindest zwei Bohrungen gleichzeitig bearbeitet werden, was nach dem Stand der Technik in der Regel sequentiell erfolgte. Nach dem Stand der Technik wurden zum Bearbeiten der beiden Bohrungen in der Regel folgende Schritte durchgeführt:

Schritt 1: Schleifen Durchgangsöffnung 1

Schritt 2: Spülen/Waschen Bauteil

Schritt 3: Durchflussmessung Durchgangsöffnung 1

Schritt 4: Schleifen Durchgangsöffnung 2

Schritt 5: Spülen/Waschen Bauteil

Schritt 6: Durchflussmessung Durchgangsöffnung 2.

Durch die erfindungsgemäße, zeitlich parallele Bearbeitung kann die Anzahl der Einzelschritte halbiert werden:

Schritt 1: Paralleles Schleifen Durchgangsöffnungen 1 und 2

Schritt 2: Spülen/Waschen Bauteil

Schritt 3: Parallele Durchflussmessung Durchgangsöffnungen 1 und 2.

Die Halbierung der Zahl der Einzelschritte ermöglicht eine erhebliche Produktionszeitreduzierung, wodurch auch Produktionsvorrichtungen eingespart werden können. Ein weiterer Vorteil kann darin liegen, dass die gleichzeitige Durchflutung aller Durchgangsöffnungen, die sich beim parallelen Bearbeitungsprozess einstellt, häufig dem späteren Betriebszustand des Bauteils entspricht und in Folge dessen mögliche Korrelationsprobleme und somit Fertigungstoleranzen reduziert werden könnnen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den Figuren dargestellt sind. In den Figuren zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Bauteil mit zwei Durchgangsöffnungen, wobei gemäß dieser Ausführungsform ein Material abtragender Schleifvorgang an den Durchgangsöffnungen vorgesehen ist;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Bauteil mit zwei Durchgangsöffnungen, wobei gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel ein reiner Messvorgang vorgesehen ist; und
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur gleichzeitigen Bearbeitung von mehr als zwei Durchgangsöffnungen.
1 zeigt eine Anordnung zum hydroerosiven Schleifen zweier Durchgangsöffnungen D₁ und D₂, die beide in einem Bauteil 1 angeordnet sind. Die Durchgangsöffnung D₁ stellt dabei eine Zulaufdrosselbohrung und die Durchgangsöffnung D₂ eine Ablaufdrosselbohrung eines Kraftstoffinjektors dar.
Die Anordnung weist eine im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kolbenpumpe ausgebildete Hauptpumpe M auf, die eine Hauptfluidströmung mit einem zeitlich konstanten Schleifdruck erzeugen kann. Zum Zuführen von Schleifmedium an die Hauptpumpe M ist ein nicht dargestellter Vorratsbehälter vorgesehen, der über ein Absperrorgan mit der Hauptpumpe M in Verbindung steht. Das von der Hauptpumpe M geförderte Schleifmittel passiert einen Durchflussmesser 20 und gelangt über ein nicht dargestelltes Absperrorgan zur ersten Durchgangsöffnung D₁ des Bauteils 10. An der Förderleitung der Hauptpumpe M ist ein Drucksensor 30 vorgesehen, der den Vordruck P₁ oberhalb des Bauteils misst.
Durch die abrasive Wirkung des Schleiffluides erfolgt ein Materialabtrag an der Anströmkante der Durchgangsöffnung D₁. Der sich dabei einstellende Durchfluss an der ersten Durchgangsöffnung D₁ und an der Hauptpumpe wird mittels der Durchflussmesseinrichtung 20 erfasst.
Zusätzlich zur Hauptpumpe M ist eine Nebenpumpe A₁ vorgesehen, die ebenfalls als Kolbenpumpe ausgebildet ist. Die Förderleitung dieser Nebenpumpe A₁ mündet in einen Zwischenraum Z₁ ein, der zwischen den beiden Durchgangsöffnungen D₁ und D₂ ausgebildet ist. Der Zwischenraum wird dabei durch eine im Bauteil 1 ausgebildete, großvolumige Bohrung 6 gebildet, die zur lateralen Abdichtung mittels eines Stopfens 7 verschlossen ist.
Mittels der Nebenpumpe A₁ kann am Ausgang der ersten Durchgangsöffnung D₁ ein Gegendruck P₂ aufgebaut werden, der gleichzeitig eingangsseitig an der zweiten Durchgangsöffnung D₂ anliegt und dort einen Durchfluss erzeugt. Die Nebenpumpe A₁ kann je nach erforderlichem Druck- oder Durchflussverhältnis durch Wahl der entsprechenden Förderrichtung als Quelle oder Senke arbeiten und Schleifmittel abgeben beziehungsweise einspeichern. Eine resultierende Nebenfluidströmung in den Zwischenraum Z₁ hinein oder aus diesem heraus kann mittels eines Durchflussmessers 21 gemessen werden, der an der Förderleitung der Nebenpumpe A₁ angeordnet ist. Die im Bauteil 1 angeordnete zweite Durchgangsöffnung D₂ wird durch den sich einstellenden Schleifmittelstrom ebenfalls an ihre Einlasskante verrundet. Der Durchfluss in der zweiten Durchgangsöffnung D₂ kann durch Addition des Messwertes Q₁ der Durchflussmesseinrichtung 20 der Hauptpumpe M mit dem Messwert Q₂ der Durchflussmesseinrichtung 21 der Hilfspumpe A₁ unter Berücksichtigung der Flussrichtung an der Nebenpumpe A₁ errechnet werden.
An der Förderleitung der Nebenpumpe A₁ ist eine Druckmesseinrichtung 31 vorgesehen, mit welcher der Arbeitsdruck der Förderpumpe A₁, das heißt der hauptströmungsauslassseitige Druck an der Durchgangsöffnung D₁ und der hauptströmungseinlassseitige Druck an der Durchgangsöffnung D₂, gemessen werden kann.
Hauptströmungsauslassseitig, an der dem Zwischenraum Z₁ abgewandten Seite der zweiten Durchgangsöffnung D₂ ist eine als Ventil 10 ausgebildete Gegendruckerzeugungseinrichtung ange ordnet. Mittels dieses Ventils 10 kann der über die Durchgangsöffnung D₂ abfließende Schleifstrom abgesperrt werden.
Die Durchflussmesseinrichtungen 20 und 21 erlauben eine Bestimmung der Durchflüsse Q₁ und Q₂ der Hauptpumpe M beziehungsweise der Nebenpumpe A₁. Durch Bestimmung der Durchflüsse Q₁ und (Q₁ + Q₂) kann der Prozessfortschritt an beiden Durchgangsöffnungen D₁ beziehungsweise D₂ überwacht werden. Erreicht eine der Durchgangsöffnungen D₁, D₂ den gewünschten Zielwert, so kann der Schleifprozess an der jeweiligen Durchgangsöffnung D₁, D₂ wie folgt gestoppt werden:
Fall 1: Erste Durchgangsöffnung D₁ erreicht Zielwert zuerst.
Durch Angleichung, insbesondere Reduzierung des Vordrucks P₁ der Hauptpumpe M auf das Druckniveau des Gegendrucks P₂ wird der Schleifmittelstrom Q₁ durch die erste Durchgangsöffnung D₁ gestoppt. Gegebenenfalls kann die Nebenpumpe A₁ ihre Förderleistung um eine entsprechende Menge erhöhen, um den Gegendruck P₂ konstant zu halten. Der Schleifprozess an der zweiten Durchgangsöffnung D₂ wird so lange aufrechterhalten, bis sich auch dort der gewünschte Durchfluss einstellt.
Fall 2: Durchgangsöffnung D₂ erreicht Zielwert zuerst
Durch Absperren des Ventils 10 wird auslassseitig an der zweiten Durchgangsöffnung D₂ ein zweiter Gegendruck aufgebaut, der gleich dem Gegendruck P₂ ist. Hierdurch wird der Schleifmittelstrom Q₂ in der zweiten Durchgangsöffnung D₂ unterbunden. Gegebenenfalls kann die Nebenpumpe A₁ beschleunigt werden, um den Gegendruck P₂ konstant zu halten. Der Schleifprozess an der ersten Durchgangsöffnung D₁ wird so lange aufrechterhalten, bis sich auch dort der gewünschte Durchfluss einstellt.
Um zu verhindern, dass beide Durchgangsöffnungen D₁ und D₂ zur gleichen Zeit den Zieldurchfluss erreichen, können die aktuellen Materialabtragungsraten der Bohrungen, welche durch die Quotienten dQ₁/dt und dQ₂/dt charakterisiert werden, kontinuierlich ermittelt werden und hieraus eine theoretische restliche Schleifdauer für jede Durchgangsöffnung D₁, D₂ errechnet werden. Ergibt diese Hochrechnung zwei gleiche Endzeitpunkte, so kann dieser unerwünschte Zustand durch geeignete Änderungen des Verhältnisses von Vordruck P₁ zu Gegendruck P₂ verändert werden. Entsprechende neue Zielwerte für die neuen Druckverhältnisse können von einer Steuerung der Anlage berechnet werden. Die Steuerung der Anlage und/oder die Messwerterfassung erfolgt vorzugsweise vollautomatisch mittels einer nicht dargestellten Steuereinrichtung.
Ein gemeinsamer Endzeitpunkt bei der Bearbeitung der einzelnen Durchgangsöffnungen D₁, D₂ kann auch dadurch weitestgehend ausgeschlossen werden, dass der dem Fluidschleifen vorausgehende Bohrungsprozess zur ursprünglichen Herstellung der Durchgangsöffnungen D₁, D₂ beeinflusst wird, das heißt, dass der anfängliche Bohrungsdurchmesser variiert wird, wodurch auch die Bearbeitungszeiten beim Fluidschleifen geändert werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, die zur Nachmessung zweier Durchgangsöffnungen D₁ und D₂ eines hydrogeschliffenen Bauteils dient, ist in 2 dargestellt. Das Bauteil 1, die daran angeordneten Durchgangsöffnungen D₁, D₂ sowie die Art und Weise der Anordnung der Pumpenförderleitungen am Bauteil 1 entsprechen dem Ausführungsbeispiel aus 1 und werden daher nicht nochmals im Detail erläutert. Das Ausführungsbeispiel der 2 eignet sich zur zeitlich parallelen Nachmessung der beiden Durchgangsöffnungen D₁, D₂ mittels eines nichtabrasiven Prüfmediums.
Auch beim Ausführungsbeispiel der 2 versorgt eine Hauptpumpe M die Durchgangsöffnung D₁ über eine Durchflussmesseinrichtung 20 für den Durchfluss Q₁ und eine Druckmesseinrichtung 30 für den Vordruck P₁ mit Fluid. Auch ist wiederum auslassseitig der Durchgangsöffnung D₁ eine Nebenpumpe A₁ angeordnet. Diese Pumpe ist zur Erzeugung eines Gegendrucks P₂ im Zwischenraum Z₁ verantwortlich, der mittels der Druckmesseinrichtung 31 gemessen wird. Eine weitere Durchflussmesseinrichtung 21 ermittelt die je nach Druck- und/oder Flussverhältnis zu- oder abfließende Durchflussmenge Q₂ in der Nebenpumpe A₁.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 1 sind die Pumpen M, A₁ des vorliegenden Ausführungsbeispiels jedoch als Kreiselpumpen ausgebildet, die auch für die Förderung eines niedrigviskosen Prüffluides geeignet sind. Zum Einstellen der Drücke P₁ und P₂ ist an den Förderleitungen der Pumpen M beziehungsweise A₁ jeweils ein Überstromdruckregler 41 beziehungsweise 42 vorgesehen, der auch als Überstromregler bezeichnet werden kann.
Der Durchfluss Q₁ gibt den Durchfluss durch die erste Durchgangsöffnung D₁ wieder. Die durch die zweite Durchgangsöffnung D₂ fließende Fluidmenge errechnet sich aus der Addition von Q₁ und Q₂ unter Berücksichtigung der Fließrichtung von Q₂. Somit können die Durchflüsse in beiden Bohrungen zeitgleich ermittelt werden.
Wie 3 zu entnehmen ist, ist die Erfindung auch zum simultanen Bearbeiten von mehr als zwei Durchgangsöffnungen D₁ ...D_n, die in Serie angeordnet sind, geeignet. In diesem Fall wird an einem Ende der seriellen Anordnung die Hauptpumpe M und am anderen Ende der seriellen Anordnung die Gegendruckerzeugungseinrichtung, hier dargestellt durch das Ventil 10, angeordnet. In jedem Zwischenraum Z_x zwischen benachbarten Durch gangsöffnungen D_x, D_x+1 kann dabei eine eigene Nebenpumpe A_x zum Zu- und/oder Abführen einer individuellen Nebenströmung aus der Hauptströmung vorgesehen sein.

Claims

Anordnung zum Bearbeiten zumindest zweier, in serieller Leitungsverbindung angeordneter Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) unter Verwendung eines Fluides, welches durch die Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) geleitet wird, mit – einer Hauptpumpe (M), die zum Erzeugen einer Hauptfluidströmung durch die Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) eingansseitig der seriellen Leitungsverbindung an einer ersten Durchgangsöffnung (D₁) vorgesehen ist, und – mindestens einer Nebenpumpe (A₁ ... A_n–1), die zum gleichzeitigen Zu- oder Abführen einer Nebenfluidströmung zwischen zwei in der Leitungsverbindung benachbarten Durchgangsöffnungen (D_x, D_x+1) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Bestimmen und/oder Steuern des Arbeitsdrucks und/oder des Durchflusses der Hauptpumpe (M) und/oder der mindestens einen Nebenpumpe (A₁ ... A_n–1) vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig der Leitungsverbindung an einer letzten Durchgangsöffnung (D_n) eine Gegendruckerzeugungseinrichtung, insbesondere ein Ventil (10), angeordnet ist.
Verfahren zum Bearbeiten zumindest zweier, in serieller Leitungsverbindung angeordneter Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) unter Verwendung eines Fluides, welches durch die Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) geleitet wird, insbesondere mittels einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem – mittels einer an einer eingangsseitig an der seriellen Leitungsverbindung an einer ersten Durchgangsöffnung (D₁) vorgesehenen Hauptpumpe (M) eine Hauptfluidströmung durch die Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) erzeugt wird und – mittels mindestens einer Nebenpumpe (A₁ ... A_n–1) eine Nebenfluidströmung zwischen zwei in der Leitungsverbindung benachbarten Durchgangsöffnungen (D_x, D_x+1) zu- oder abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig der Leitungsverbindung an einer letzten Durchgangsöffnung (D_n) gezielt ein Gegendruck erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, – dass als Fluid ein Abrasivfluid verwendet wird, das beim Durchgang durch die Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) Material abträgt, und – dass die Nebenfluidströmung und/oder die Hauptfluidströmung zum Einstellen der Abtragungsraten in den einzelnen Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) zeitlich verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtragungsfortschritt der Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) überwacht wird und dass die Hauptfluidströmung, die Nebenfluidströmung und/oder der Gegendruck in Abhängigkeit vom Abtragungsfortschritt gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Abtragungsfortschrittes der Durchfluss durch die Hauptpumpe (M) und durch die Nebenpumpe (A₁ ... A_n–1) und/oder dessen zeitliche Änderung gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen der Abtragungsraten in den einzelnen Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) die Arbeitsdrücke der Hauptpumpe (M) und der Nebenpumpe (A₁ ... A_n–1) gesteuert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines Abtragungszielwertes an einer der Durchgangsöffnungen (D_x) der Abrasivfluiddruck beiderseits dieser Durchgangsöffnung (D_x) zum Beenden des Schleifvorganges angeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, – dass als Fluid ein nicht abrasives Prüffluid verwendet wird und – dass zur Zustandsbestimmung der Durchgangsöffnungen (D₁ ... D_n) der Arbeitsdruck der Hauptpumpe (M), der Arbeitsdruck der Nebenpumpe (A₁ ... A_n–1) und der Durchfluss durch diese Pumpen (M, A₁ ... A_n–1) ermittelt und/oder gesteuert wird.