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Die
Erfindung betrifft eine Erodiervorrichtung, wie sie beispielsweise
für die
Herstellung von kleinen Bohrungen in Teilen von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen
verwendet werden kann, sowie ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.
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Stand
der Technik
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Die
Erfindung geht von einer Erodiervorrichtung aus, die nach dem Prinzip
der Elektrofunkenerosion arbeitet. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise
aus der Schrift
DE
103 55 907 A1 bekannt und umfasst einen Führungskörper, in
dem ein Erodierdraht in einer Bohrung geführt ist. Der Erodierdraht ist dabei
stets im Durchmesser als die zu erzeugende Bohrung und kann mittels
eines Stellmechanismus mit seiner Spitze nahe an das metallische
Werkstück angenähert werden,
in dem die Bohrung oder anders geformte Ausnehmung gefertigt werden
soll. Zwischen dem Erodierdraht und dem Werkstück wird eine geeignete elektrische
Spannung angelegt, so dass es bei einer genügenden Annäherung der Erodierdrahtspitze
an das Werkstück
zu einem Funkenüberschlag
kommt. Dadurch wird Material vom Werkstück abgetragen und es entsteht
mit der Zeit eine Ausnehmung. Über
die Regelung des Abstands von Erodierdrahtspitze und Werkstück und die
seitliche Bewegung des Erodierdrahts wird die Form der Ausnehmung
gesteuert.
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Das
durch den Erodiervorgang abgetragene Material verbleibt zumindest
zum Teil innerhalb der entstehenden Ausnehmung. Mit der Zeit würde es deshalb
zu einer Anhäufung
des abgetragenen Materials kommen, was den weiteren Erodiervorgang
erschweren und unpräzise
machen würde.
Um dies zu verhindern wird die entstehende Ausnehmung stets mit
einer Flüssigkeit
oder mit Gas gespült,
so dass das abgetragene Material ständig aus der Ausnehmung entfernt
wird.
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Hierbei
kann es jedoch vorkommen, dass das abgetragene Material nicht vollständig aus
der Ausnehmung entfernt wird und Teile zurückbleiben, was zu undefinierten
Prozessbedingungen und damit zu einem unsauberen Erodiervorgang
führt.
Dies beeinträchtigt
die Präzision
der Ausnehmung, was beispielsweise bei Einspritzöffnungen von Einspritzventilen,
wie sie für
die direkte Einspritzung von Kraftstoff in selbstzündende Brennkraftmaschinen
verwendet werden, zu deutlichen Qualitätseinbußen führen kann.
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Offenbarung
der Erfindung
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Elektroerodieren wird das beim Erodiervorgang abgetragene Material
effektiv aus der entstehenden Öffnungen
abgetragen, insbesondere bei der Fertigung von Bohrungen mit kleinem
Durchmesser. Hierzu ist in der Erodiervorrichtung ein Spülkanal vorgesehen, durch
den Spülflüssigkeit
in den Erodierspalt einleitbar, wobei der Spülkanal wendelförmig um
den Erodierdraht gewunden ist. Durch den solchermaßen ausgestalteten
Spülkanal
wird die Spülflüssigkeit
innerhalb der entstehenden Ausnehmung in eine rotierende Strömung versetzt,
die um die Spitze des Erodierdrahts kreist. Somit werden auch kleine
Partikel, die in der Ausnehmung durch das Erodieren entstehen, mit
der Strömung
mitgerissen und aus der Ausnehmung herausgespült.
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In
einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung
ist der Spülkanal
an der Innenseite einer Hülse
ausgebildet, die den Führungskörper umgibt,
in dem der Erodierdraht geführt ist.
Die Hülse
kann hierbei so gelagert werden, dass sie durch einen Antriebsmechanismus
in Rotation versetzt werden kann, was die Drallströmung der Spülflüssigkeit
weiter verstärkt.
Es kann nur ein Spülkanal
oder es können
auch mehrere Spülkanäle vorgesehen
sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der wenigstens eine
Spülkanal
an der Außenseite des
Führungskörpers ausgebildet,
so dass die Spülflüssigkeit
erst unmittelbar am Ende des Führungskörpers aus
dem Spülkanal
austritt. Falls mehrere Spülkanäle vorgesehen
sind, kann jeder Spülkanal über ein
separates Dosierventil gezielt mit Spülflüssigkeit versorgt werden, so
dass die Menge der Spülflüssigkeit
sehr genau eingestellt werden und den aktuellen Prozessbedingungen
angepasst werden kann.
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In
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betreiben der Erodiervorrichtung werden ein Spülkanal oder
mehrere Spülkanäle über ein
bzw. mehrere Dosierventile mit Spülflüssigkeit versorgt, wobei das Dosierventil
bzw. jedes einzelne Dosierventil abhängig von den aktuellen Prozessparametern
ansteuerbar ist. Hierdurch lässt
sich die Spülung
optimal an den Erodierprozess anpassen, insbesondere bei asymmetrischen
Ausnehmungen. Auch lässt
sich dadurch der Einfluss der Spülflüssigkeit
auf die Position des Erodierdraht minimieren, was zu einer hohen Präzission
des Erodiervorgangs führt.
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In
der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Erodiervorrichtung dargestellt.
Es zeigt
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1 eine
Erodiervorrichtung im Längsschnitt
mit den wesentlichen Komponenten,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des hülsenförmigen Dralleinsatzes,
der in der Vorrichtung nach 1 verwendet
wird,
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3 eine
weitere Ausführungsform
einer Erodiervorrichtung in schematischer Darstellung und
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4 eine
vergrößerte Darstellung
des Führungskörpers nahe
dem Austritt des Erodierdrahts mit den darin ausgebildeten Spülkanälen.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Erodiervorrichtung 1 dargestellt.
Die Erodiervorrichtung 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem
ein Führungskörper 5 angeordnet
ist. Der Führungskörper 5 ist
kolbenförmig
ausgebildet und weist einen im Durchmesser größeren Abschnitt auf, der innerhalb
des Gehäuses 3 angeordnet
ist, und einen im Durchmesser verringerten Schaft 15, der
aus dem Gehäuse 3 herausragt.
Im Führungskörper 5 ist
eine Bohrung 12 ausgebildet, die den Führungskörper 5 in seiner gesamten Länge durchzieht
und in der ein Erodierdraht 17 geführt ist. Der Erodierdraht 17 tritt
am äußeren Ende des
Führungskörpers 5 aus
diesem aus und ist mit seinem anderen Ende aus dem Gehäuse herausgeführt, wo
er mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Spannungsquelle
verbunden ist. Der Erodierdraht 17 kann durch eine in der
Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten Vorschubeinrichtung in Längsrichtung
bewegt werden, so dass sich der Abstand der Erodierdrahtspitze zum
betreffenden Werkstück,
in das eine Ausnehmung eingebracht werden soll, ausreichend genau
geregelt werden kann.
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Im
Gehäuse 1 ist
eine Spülkammer 14 ausgebildet,
die den Führungskörper 5 auf
Höhe des Übergangs
von dem im Durchmesser größeren Abschnitt
zum Schaft 15 umgibt. Die Spülkammer 14 kann über einen
Anschluss 10 mit einer Spülflüssigkeit befüllt werden,
beispielsweise entionisiertem Wasser.
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Der
Schaft 15 des Führungskörpers 5 ist dem
im Durchmesser größeren Abschnitt
abgewandt in einem Dralleinsatz 20 geführt. Der Dralleinsatz 20 weist
hierbei im wesentlichen die Form einer Hülse auf, deren Innendurchmesser
so groß ist,
dass der Schaft 15 des Führungskörpers 5 darin geführt wird. An
der Innenseite des Dralleinsatzes 20 ist ein Spülkanal 25 oder
mehrere Spülkanäle 25 in
Form von Nuten ausgebildet, was in vergrößerter Darstellung nochmals
in 2 gezeigt ist. Durch die Spülkanäle 25 kann Spülflüssigkeit
aus der Spülkammer 14 abfließen und
so in den sogenannten Erodierspalt gelangt, also den Spalt, der
zwischen der Erodiervorrichtung 1 und dem Werkstück verbleibt,
wenn die Spitze der Erodierdrahts 17 zum Werkstück den für die Bearbeitung
erforderlichen Abstand aufweist.
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Der
Dralleinsatz 20 kann über
einen Antrieb 22 um seine Längsachse rotieren, wobei der
Führungskörper 5 bezüglich des
Gehäuses 1 in
Ruhe bleibt. Hierbei können
die Geschwindigkeit der Rotation und auch der Drehsinn des Dralleinsatzes 20 frei gewählt werden,
um eine Strömung
in der Ausnehmung zu erreichen, die einerseits das abgetragene Material
aus der Ausnehmung entfernt und die andererseits den Erodiervorgang
selbst nicht stört.
Die Menge der Spülflüssigkeit
kann über
den Durchmesser der Spülkanäle 25 und
den Druck in der Spülkammer
eingestellt werden.
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Beim
Erodiervorgang wird eine bestimmte elektrische Spannung zwischen
dem Erodierdraht 17 und dem Werkstück angelegt. Anschließend wird
die Spitze des Erodierdrahts 17 soweit an das Werkstück angenähert, dass
es zu einem Funkenüberschlag zwischen
dem Erodierdraht 17 und dem Werkstück kommt, wodurch Material
aus dem Werkstück
abgetragen wird. Der Abstand zwischen der Spitze des Erodierdrahts 17 und
dem Werkstück
muss hierbei ständig
nachgeregelt werden, um den für
das Erodieren optimalen Abstand zu halten. Dazu wird der Erodierdraht 17 durch
eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung abhängig von
dem zwischen dem Erodierdraht 17 und dem Werkstück fließenden Erodierstrom
nachgeschoben oder zurückgezogen.
Die Ausdehnung der Ausnehmung senkrecht zum Erodierdraht 17 wird
durch die Bewegung des Werkstücks
oder der Erodiervorrichtung 1 als Ganzes erreicht.
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3 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Erodiervorrichtung 30 in
schematischer Darstellung. Die Erodiervorrichtung 30 weist
ebenfalls einen Führungskörper 5 auf,
der ebenso wie bei der Erodiervorrichtung 1 nach 1 einen
Schaft 15 aufweist, der aus dem Gehäuse herausragt. Der Erodierdraht 17 ist
ebenfalls in einer Bohrung des Führungskörpers 5 geführt, so
dass dessen Spitze in der oben geschilderten Art und Weise an das
Werkstück
heranführbar ist,
bis der für
die Erosion erforderliche Abstand erreicht ist.
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Die
Spülflüssigkeit
wird bei dieser Vorrichtung über
drei voneinander getrennte Spülkanäle 38, 38', 38'' in den Erodierspalt geleitet.
Die einzelnen Spülkanäle 38, 38', 38'' sind dabei über Anschlüsse 10, 10', 10'' und über Zufuhrleitungen 32, 32', 32'' mit einer Spülflüssigkeitspumpe 35 verbunden,
die die Spülflüssigkeit
unter einem vorgegebenen Druck zur Verfügung stellt. In jeder Zufuhrleitung 32, 32', 32'' ist jeweils ein Dosierventil 40, 40', 40'' vorhanden, mit dem sich die Menge
der Spülflüssigkeit
separat in jedem Spülkanal 38, 38', 38'' steuern lässt.
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In 4 ist
das äußere Ende
des Schafts 15 des Führungskörpers 5 nochmals
vergrößert und
teilweise geschnitten dargestellt. Der Schaft 15 weist hier
im wesentlichen die Form eines Hohlzylinders auf mit einer mittigen
Bohrung 42, in der der Erodierdraht 17 geführt ist.
An der Außenseite
des Führungskörpers 5 sind
in diesem Ausführungsbeispiel drei
Nuten ausgebildet, die die drei separaten Spülkanäle 38, 38', 38'' bilden und sich dabei wendelförmig um
den Erodierdraht 17 winden. Die Spülkanäle 38, 38', 38'' reichen bis zum Ende des Führungskörpers 5,
so dass Spülflüssigkeit,
die durch die Spülkanäle 38, 38', 38'' geleitet wird, nahe der Spitze
des Erodierdrahts 17 austritt. Damit die Spülflüssigkeit
in den Spülkanälen 38, 38', 38'' fließt, ist der Führungskörper 5 mit
einer Beschichtung 37 überzogen,
durch die die Spülkanäle 38, 38', 38'' nach außen abgeschlossen werden.
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Zur
Fertigung der Spülkanäle 38, 38', 38'' geht man beispielsweise folgendermaßen vor:
Zuerst werden in den noch unbeschichteten Führungskörper 5 eine oder mehrere
Nuten eingebracht, die sich wendelförmig um die Bohrung 42 bzw.
den Erodierdraht 17 winden. Die Nuten werden dann mit einem Speziallack
verfüllt
und der Führungskörper 5 anschließend mit
der Beschichtung 37 überzogen. Über eine
geeignete Temperaturführung
lässt sich
nach dem Aushärten
der Beschichtung 37 der Speziallack wieder verflüssigen und
so aus den Nuten entfernen, so dass die Spülkanäle 38, 38', 38'' entstehen.
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Die
Erodiervorrichtung 30 nach 3 und 4 lässt eine
separate Ansteuerung jedes einzelnen Spülkanals 38, 38', 38'' zu. Wird dies durch einen Rechner
abhängig
vom aktuellen Zustand des Erodierprozesses 30 vorgenommen,
so können
die Zustände
im Erodierspalt und der Ausnehmung optimal gesteuert werden, um
eine möglichst
präzise
Bohrung bzw. Ausnehmung in möglichst
kurzer Zeit zu fertigen.