DE102013017126A1

DE102013017126A1 - Method for producing a hole of a component

Info

Publication number: DE102013017126A1
Application number: DE201310017126
Authority: DE
Inventors: Thomas Böhl; Christian Elsner; Dirk Even; Bernd Schietinger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines eine Wandung (14) eines Bauteils (10) durchdringenden Lochs (16) mittels wenigstens eines Energiestrahls (22), bei welchem in einem ersten Schritt des Verfahrens eine Ausnehmung (18) der Wandung (14) hergestellt wird, wobei in einem zweiten Schritt des Verfahrens die Ausnehmung (18) mittels des Energiestrahls (22) zu dem Loch (16) ausgebildet wird, wobei die Ausnehmung (18) im ersten Schritt durch Umformen und/oder Urformen und/oder mit Hilfe eines Energiestrahls (22) und/oder durch eine spanende Bearbeitung wie beispielsweise mechanisches Bohren der Wandung (14) hergestellt wird.The invention relates to a method for producing a hole (16) penetrating a wall (14) of a component (10) by means of at least one energy beam (22), in which a recess (18) of the wall (14) is produced in a first step of the method is formed, wherein in a second step of the method, the recess (18) by means of the energy beam (22) to the hole (16) is formed, wherein the recess (18) in the first step by reshaping and / or prototyping and / or by means of a Energy beam (22) and / or by a machining such as mechanical drilling of the wall (14) is produced.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Lochs eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for producing a hole of a component according to the preamble of patent claim 1.

Ein solches Verfahren zum Herstellen eines eine Wandung eines Bauteils durchdringenden Lochs mittels wenigstens eines Energiestrahls ist beispielsweise der EP 2 384 845 A1 als bekannt zu entnehmen. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird eine Ausnehmung der Wandung hergestellt. Die Ausnehmung weist dabei einen im Vergleich zum herzustellenden Loch deutlich geringeren Durchmesser auf und wird mittels eines Laserstrahls hergestellt. In einem auf den ersten Schritt folgenden, zweiten Schritt des Verfahrens wird die Ausnehmung mittels eines Laserstrahls zu dem Loch ausgebildet. Mit anderen Worten wird die Ausnehmung zu dem Loch weitergebildet, wobei der Durchmesser der Ausnehmung erweitert wird, um schließlich einen gegenüber dem Durchmesser der Ausnehmung größeren Durchmesser des fertig hergestellten Loches zu erzeugen.Such a method for producing a hole penetrating a wall of a component by means of at least one energy beam is for example the EP 2 384 845 A1 to be known as known. In a first step of the method, a recess of the wall is produced. In this case, the recess has a significantly smaller diameter compared to the hole to be produced and is produced by means of a laser beam. In a second step of the method following the first step, the recess is formed by means of a laser beam to the hole. In other words, the recess is formed to the hole, wherein the diameter of the recess is widened, to finally produce a relation to the diameter of the recess larger diameter of the finished hole produced.

Darüber hinaus ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, Löcher in Wandungen von Bauteilen durch mechanisches Bohren einzubringen. Es hat sich gezeigt, dass es bei den herkömmlichen Verfahren zum Herstellen von Löchern in Wandungen von Bauteilen zur Bildung eines Grats kommen kann, welcher das hergestellte Loch umgibt. Solche Grate können die Funktion des Bauteils beeinträchtigen oder gar zunichtemachen, beispielsweise dann, wenn sich ein solcher Grat vom Bauteil löst. Daher sind herkömmlicherweise zeit- und kostenaufwendige Nacharbeiten nach dem Herstellen des Loches erforderlich, um einen gegebenenfalls entstandenen Grat prozesssicher zu entfernen. Gerade bei schwer zugänglichen Geometrien wie beispielsweise bei Bohrungen in einem rohrförmigen beziehungsweise zylindrischen Körper oder bei sich schneidenden Bohrungen ist die Gratentfernung schwierig und erfordert aufwendige Sondermaßnahmen.Moreover, it is known from the general state of the art to introduce holes in walls of components by mechanical drilling. It has been found that conventional methods for making holes in walls of components can result in the formation of a burr surrounding the hole produced. Such burrs can impair or even negate the function of the component, for example when such a burr separates from the component. Therefore, time-consuming and costly reworking are traditionally required after the production of the hole in order to reliably remove an optionally formed burr. Especially with difficult to access geometries such as holes in a tubular or cylindrical body or in intersecting holes, the burr removal is difficult and requires complex special measures.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung eines gratfreien oder zumindest gratarmen Loches in einer Wandung eines Bauteils zu ermöglichen.Object of the present invention is therefore to enable a particularly timely and cost-effective production of a burr-free or at least baffled hole in a wall of a component.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem sich eine zeit- und kostengünstige Herstellung eines gratfreien oder zumindest gratarmen Lochs in einer Wandung eines Bauteils realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ausnehmung im ersten Schritt des Verfahrens durch Umformen und/oder Urformen und/oder mit Hilfe eines Energiestrahls und/oder durch eine spanende Bearbeitung wie beispielsweise mechanisches Bohren der Wandung hergestellt wird. Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Idee zugrunde, den Vorgang des Umformens und/oder Urformens und/oder Bohrens mit Hilfe eines Energiestrahls und/oder durch eine spanende Bearbeitung wie beispielsweise mechanisches Bohren zum Herstellen der Ausnehmung mit der Verwendung eines Laserstrahls zum Weiterbilden der Ausnehmung zu dem herzustellenden Loch zu kombinieren. Hierdurch kann das Loch in Form einer Durchgangsöffnung zeit- und kostengünstig hergestellt werden, ohne dass aufwendige Nachbearbeitungsprozesse zum Entfernen eines Grats erforderlich wären und ohne, dass es zu unerwünschten Gefügebeeinträchtigungen der Wandung kommt. Mit anderen Worten können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl Gratbildungen als auch Gefügeumwandlungen der Wandung vermieden oder zumindest gering gehalten werden.In order to provide a method of the type specified in the preamble of claim 1, by means of which a timely and cost-effective production of a burr-free or at least burr-poor hole in a wall of a component can be realized, it is inventively provided that the recess in the first step of the method by forming and / or prototyping and / or with the aid of an energy beam and / or by machining such as mechanical drilling of the wall is produced. The inventive method is based on the idea of the process of forming and / or forming and / or drilling by means of an energy beam and / or by a machining such as mechanical drilling for producing the recess with the use of a laser beam to further develop the recess to the to combine produced hole. As a result, the hole in the form of a through hole can be produced in a time-consuming and cost-effective manner without the need for complicated post-processing processes for removing a burr and without undesirable structural damage to the wall. In other words, by means of the method according to the invention, both burr formations and microstructural transformations of the wall can be avoided or at least minimized.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Ölbohrungen, beispielsweise in sogenannten Nockenbuchsen von Ventilsteuerungen. Hierbei kann beispielsweise gezielt an einem Zahngrund, wo ein mechanisches Bohren aufgrund des dafür nötigen Bohrdurchmessers nicht möglich wäre, das Loch als Durchgangsöffnung hergestellt werden. Müsste eine Bohrung durch mechanisches Bohren hergestellt werden, so könnte diese Bohrung nur neben der Verzahnung realisiert werden. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Durchbrüchen insbesondere bei Bohrungsverschneidungen, zum Beispiel in einem Kurbelgehäuse oder in einer Kurbelwelle einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Da Nachbearbeitungsvorgänge und entsprechende Nachbearbeitungsgeräte zum Entfernen von Graten nicht erforderlich sind, kann die Herstellung des Lochs ohne Rücksicht auf derartige Nachbearbeitungsprozesse oder Nachbearbeitungsgeräte erfolgen, so dass die Dimensionierung des Lochs zumindest im Wesentlichen frei gewählt werden kann. Dies bedeutet, dass der Innenumfang, insbesondere der Innendurchmesser, des Lochs besonders bedarfsgerecht ausgestaltet werden kann.The inventive method is particularly suitable for the production of oil wells, for example in so-called cam bushings of valve controls. Here, for example, targeted to a tooth base, where a mechanical drilling would not be possible due to the necessary drilling diameter, the hole can be made as a through hole. If a hole had to be made by mechanical drilling, this hole could only be realized next to the toothing. In addition, the method according to the invention is suitable for the production of apertures, in particular in the case of bore intersections, for example in a crankcase or in a crankshaft of a reciprocating internal combustion engine. Since post-processing operations and corresponding post-processing devices for removing burrs are not required, the production of the hole can be made without regard to such post-processing or post-processing equipment, so that the dimensioning of the hole can be chosen at least substantially free. This means that the inner circumference, in particular the inner diameter, of the hole can be designed particularly needs-based.

Es hat sich gezeigt, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut zum Herstellen von Löchern eignet, deren Durchmesser in einem Bereich von einschließlich 0,05 bis einschließlich 5 Millimeter liegt. Jedoch lassen sich auch ohne weiteres größere Löcher und insbesondere Bohrungsverschneidungen besonders vorteilhaft mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellen.It has been found that the method according to the invention is particularly suitable for producing holes whose diameter is in a range of between 0.05 and 5 mm inclusive. However, even larger holes and in particular bore intersections can be produced particularly advantageously by means of the method according to the invention.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass auf den Einsatz von Bohrern mit besonders kleinem Durchmesser verzichtet werden kann. Bei solchen Bohrern kommt es üblicherweise zu einem hohen Verschleiß. Zudem ist die Bruchgefahr bei solch kleinen beziehungsweise dünnen Bohrern sehr hoch. Diese Problematik kann durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden. Ferner ermöglicht das Verfahren die Herstellung von Durchgangsbohrungen beziehungsweise Durchgangsöffnungen in endfertigen Oberflächen, da es am Ausgang der Durchgangsöffnung beziehungsweise des Loches zu keiner wesentlichen Schädigung der Oberflächentopographie und des Werkstoffzustands kommt. Another advantage of the method is that it can be dispensed with the use of drills with a particularly small diameter. With such drills, it usually comes to a high degree of wear. In addition, the risk of breakage in such small or thin drills is very high. This problem can be avoided by the method according to the invention. Furthermore, the method makes it possible to produce through-holes or through-openings in finished surfaces, since no substantial damage to the surface topography and the material state occurs at the outlet of the through-hole or the hole.

Mittels des Verfahrens lassen sich besonders gut sich kreuzende beziehungsweise sich schneidende Löcher herstellen, welche üblicherweise einen hohen Nachbearbeitungsaufwand zum Beispiel durch Hochdruckwasserstrahlen erfordern. Darüber hinaus kann die Gefahr, dass es zu einem Ausfall des Bauteils kommt, besonders gering gehalten werden. Üblicherweise kann es zu einem Ausfall von Bauteilen kommen, wenn sich ein jeweiliger Grat vom entsprechenden Bauteil last. Da die Gratbildung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden oder zumindest gering gehalten werden kann, ist auch die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einem Ausfall des Bauteils infolge eines sich ablösenden Grates kommt, sehr gering.By means of the method, it is particularly easy to produce intersecting or intersecting holes, which usually require a high level of reworking, for example, by means of high-pressure water jets. In addition, the risk of failure of the component can be kept particularly low. Usually, component failure can occur if a particular burr is loaded by the corresponding component. Since the formation of burrs in the method according to the invention can be avoided or at least minimized, the probability of failure of the component as a result of a detached burr is also very low.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 jeweils ausschnittsweise zwei schematische Schnittansichten eines Bauteils zum Veranschaulichen einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines eine Wandung des Bauteils durchdringenden Lochs mittels wenigstens eines Energiestrahls, wobei in einem ersten Schritt des Verfahrens eine Ausnehmung der Wandung hergestellt wird und wobei in einem zweiten Schritt des Verfahrens die Ausnehmung mittels wenigstens eines Laserstrahls zu dem Loch fertig ausgebildet wird; 1 in each case in sections two schematic sectional views of a component for illustrating a first embodiment of a method for producing a wall of the component penetrating hole by means of at least one energy beam, wherein in a first step of the method, a recess of the wall is prepared and wherein in a second step of the method Recess is formed by means of at least one laser beam to the hole finished;

2 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittdarstellung des Bauteils zum Veranschaulichen einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens; 2 1 is a fragmentary schematic sectional view of the component for illustrating a second embodiment of the method;

3 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer dritten Ausführungsform des Verfahrens; 3 1 is a fragmentary schematic sectional view of the component for illustrating a third embodiment of the method;

4 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer vierten Ausführungsform des Verfahrens; 4 a fragmentary sectional view of the component illustrating a fourth embodiment of the method;

5 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer fünften Ausführungsform des Verfahrens; 5 1 shows a detail of a further schematic sectional view of the component for illustrating a fifth embodiment of the method;

6 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer sechsten Ausführungsform des Verfahrens; 6 1 is a fragmentary schematic sectional view of the component for illustrating a sixth embodiment of the method;

7a und 7b jeweils ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer siebten Ausführungsform des Verfahrens; 7a and 7b in each case in sections a further schematic sectional view of the component for illustrating a seventh embodiment of the method;

8a und 8b jeweils ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer achten Ausführungsform des Verfahrens; 8a and 8b in each case in sections a further schematic sectional view of the component for illustrating an eighth embodiment of the method;

9a ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer neunten Ausführungsform des Verfahrens; 9a 1 is a fragmentary schematic sectional view of the component for illustrating a ninth embodiment of the method;

9b ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer zehnten Ausführungsform des Verfahrens; 9b 1 is a fragmentary schematic sectional view of the component for illustrating a tenth embodiment of the method;

9c ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer elften Ausführungsform des Verfahrens; 9c a fragmentary sectional view of the component illustrating an eleventh embodiment of the method;

10 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer zwölften Ausführungsform des Verfahrens; und 10 a fragmentary sectional view of the component to illustrate a twelfth embodiment of the method; and

11 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Bauteils zum Veranschaulichen einer dreizehnten Ausführungsform des Verfahrens; 11 a fragmentary sectional view of the component to illustrate a thirteenth embodiment of the method;

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt ausschnittsweise in einer Schnittansicht ein Bauteil 10, welches wenigstens eine Wandung 14 aufweist. Im Rahmen eines entsprechenden Verfahrens wird in der Wandung 14 ein beispielsweise aus 7b erkennbares Loch 16 hergestellt. Wie aus 7b erkennbar ist, durchdringt das Loch 16 die Wandung 14, so dass das Loch 16 als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Im Rahmen des Herstellens des Lochs 16 wird in einem ersten Schritt des Verfahrens eine Ausnehmung 18 der Wandung 14 hergestellt. Gemäß 1, welche das Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt, wird die Ausnehmung 18 als Sackloch hergestellt. Ein solches Sackloch durchdringt die Wandung 14 nicht, sondern erstreckt sich lediglich über einen Teil der Dicke der Wandung 14. 1 shows a detail of a sectional view of a component 10 which at least one wall 14 having. As part of an appropriate procedure is in the wall 14 for example 7b recognizable hole 16 produced. How out 7b recognizable, penetrates the hole 16 the wall 14 so that the hole 16 is formed as a passage opening. As part of making the hole 16 becomes a recess in a first step of the process 18 the wall 14 produced. According to 1 showing the method according to a first embodiment, the recess 18 produced as a blind hole. Such a blind hole penetrates the wall 14 not, but extends only over part of the thickness of the wall 14 ,

Die Ausnehmung 18 könnte im ersten Schritt mittels wenigstens eines Energiestrahls, insbesondere mittels eines Lasers, hergestellt werden. Üblicherweise werden dort gepulste Laser eingesetzt mit Pulsdauern im ms- oder ns-Bereich. In Einzelfällen sind auch ps- oder fs-Pulse denkbar, allerdings bei wesentlich geringeren Abtragsraten.The recess 18 could be produced in the first step by means of at least one energy beam, in particular by means of a laser. Usually, pulsed lasers are used there with pulse durations in the ms or ns range. In some cases ps- or fs-pulses are conceivable, but with significantly lower removal rates.

Um nun jedoch eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung des Loches 16 zu realisieren, sowie gleichzeitig eine Gratbildung am Loch 16 zu vermeiden oder zumindest gering zu halten, ist es vorgesehen, dass die Ausnehmung 18 in dem ersten Schritt durch Umformen und/oder Urformen und/oder mechanisches Bohren der Wandung 14 hergestellt wird. Bei der ersten Ausführungsform ist es vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Ausnehmung 18 als Sackloch durch eine spanende Bearbeitung wie beispielsweise mechanisches Bohren, hergestellt wird. Nach der Herstellung der Ausnehmung 18 verbleibt in einem auf die Ausnehmung 18 folgenden Bereich 20 der Wandung 14 eine Restwandstärke der Wandung 14.But now to a particularly timely and cost-effective production of the hole 16 to realize, as well as a burr on the hole 16 To avoid or at least minimize, it is provided that the recess 18 in the first step by reshaping and / or prototyping and / or mechanical drilling of the wall 14 will be produced. In the first embodiment, it is advantageously provided that the recess 18 as a blind hole by a machining such as mechanical drilling, is produced. After the production of the recess 18 remains in one on the recess 18 following area 20 the wall 14 a residual wall thickness of the wall 14 ,

In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird die Ausnehmung 18 mittels wenigstens eines aus 1 erkennbaren Energiestrahls 22 zu dem Loch 16 ausgebildet. Mit anderen Worten wird die Ausnehmung 18 im zweiten Schritt des Verfahrens zu dem Loch 16 fertig hergestellt. Bei dem Energiestrahl handelt es sich beispielsweise um einen Elektronenstrahl oder um einen Laserstrahl. Die dafür benötigte Laserstrahlquelle emittiert Laserpulse im ps- oder fs-Bereich, da hier das Material im Wesentlichen athermisch, d. h. ohne nennenswerten Wärmeeintrag ins Bauteil 10, abgetragen wird und sich dadurch kein Grat bildet. Das abgetragene Material kann als Metalldampf abgesaugt werden. Im Rahmen des Verfahrens wird somit die Ausnehmung 18 durch Laserbohren zum Loch 16 fertig hergestellt. Bei dem Laserbohren handelt es sich um ein nichtspanendes Bearbeitungsverfahren, bei welchem mittels des Laserstrahls lokal so viel Energie in das Bauteil 14 eingebracht wird, dass der Werkstoff des Bauteils 10 verdampft oder ablatiert wird.In a second step of the method, the recess 18 by means of at least one 1 recognizable energy beam 22 to the hole 16 educated. In other words, the recess becomes 18 in the second step of the process to the hole 16 finished. The energy beam is, for example, an electron beam or a laser beam. The laser beam source required for this purpose emits laser pulses in the ps- or fs range, because here the material is essentially athermal, ie without significant heat input into the component 10 , is worn off and thereby no burr is formed. The removed material can be sucked off as metal vapor. In the context of the method thus the recess 18 by laser drilling to the hole 16 finished. Laser drilling is a non-cutting machining process in which so much energy is locally introduced into the component by means of the laser beam 14 is introduced that the material of the component 10 evaporated or ablated.

Die Ausnehmung 18 wird beispielsweise im zweiten Schritt des Verfahrens durch Trepanieren und/oder Perkussieren und/oder mit einem großen Fokusdurchmesser des Energiestrahls 22 hergestellt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Ausnehmung 18 in dem ersten Schritt mit einem gegenüber dem herzustellenden Loch 16 größeren Innenumfang, insbesondere Innendurchmesser, hergestellt wird, Genauso ist es vorstellbar, dass der Innenumfang bzw. der Innendurchmesser des im zweiten Schritt des Verfahrens erzeugten Loches 16 gleich groß ist wie die Ausnehmung 18.The recess 18 is, for example, in the second step of the method by trepaning and / or percussion and / or with a large focus diameter of the energy beam 22 produced. Preferably, it is provided that the recess 18 in the first step with a hole to be made 16 Similarly, it is conceivable that the inner circumference or the inner diameter of the hole produced in the second step of the method 16 the same size as the recess 18 ,

Ferner ist vorstellbar, dass im Zuge der Erstellung des Loches 16 die Ausnehmung 18 örtlich aufgeweitet wird, beispielsweise sich danach eine konische Öffnung des Loches 16 ergibt. Dies kann unvermeidbar oder gewünscht sein, weil der Laserstrahl ebenfalls eine kegelige Form aufweist und bei Kontakt mit der Wandung 14 dort Material abträgt.It is also conceivable that in the course of creating the hole 16 the recess 18 locally widened, for example, thereafter a conical opening of the hole 16 results. This may be unavoidable or desirable because the laser beam also has a tapered shape and upon contact with the wall 14 remove material there.

Bei der ersten Ausführungsform wird die Ausnehmung 18 in dem ersten Schritt derart hergestellt, dass die Ausnehmung 18 von einer ersten Seite 23 der Wandung 14 in Richtung einer der ersten Seite 23 gegenüberliegenden, zweiten Seite 24 der Wandung 14 ragt. Im zweiten Schritt des Verfahrens wird die Wandung 14 von der ersten Seite 23 aus mit dem Laserstrahl beaufschlagt, so dass die Ausnehmung 18 mittels des Energiestrahls 22 zu dem Loch 16 fertig hergestellt wird. Alternativ dazu ist es denkbar, dass der Energiestrahl 22 von der zweiten Seite 24 aus auf die Wandung 14 aufgebracht wird, um die Ausnehmung 18 zum Loch 16 fertig auszubilden.In the first embodiment, the recess 18 made in the first step such that the recess 18 from a first page 23 the wall 14 towards one of the first page 23 opposite, second side 24 the wall 14 protrudes. In the second step of the process becomes the wall 14 from the first page 23 out of the laser beam, so that the recess 18 by means of the energy beam 22 to the hole 16 is finished. Alternatively, it is conceivable that the energy beam 22 from the second page 24 out on the wall 14 is applied to the recess 18 to the hole 16 ready to train.

Anhand von 2 ist eine zweite Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht. Wie aus 2 erkennbar ist, wird die Ausnehmung 18 bei der zweiten Ausführungsform als die Wandung 14 nicht vollständig durchdringendes Stufenloch hergestellt. Hierzu wird beispielsweise ein Stufenbohrer, ein Senker oder dergleichen verwendet.Based on 2 a second embodiment of the method is illustrated. How out 2 is recognizable, the recess becomes 18 in the second embodiment as the wall 14 not completely penetrating step hole made. For this purpose, for example, a stepped drill, a countersink or the like is used.

Anhand von 3 ist eine dritte Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht. Bei der dritten Ausführungsform wird die Ausnehmung 18 als in die Wandung 14 eingefräste Nut hergestellt. Alternativ dazu ist es denkbar, die Ausnehmung 18 als gedrehte oder mit einem Sägeblatt geschnittene Nut herzustellen. Zur Herstellung der Ausnehmung 18 kann beispielsweise ein Scheibenfräser oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann die Ausnehmung 18 in Form einer Nut auch durch Umformen und/oder Urformen und/oder mit Hilfe eines Energiestrahls 22 eingebracht werden.Based on 3 a third embodiment of the method is illustrated. In the third embodiment, the recess 18 as in the wall 14 milled groove produced. Alternatively, it is conceivable, the recess 18 produced as a turned or cut with a saw blade groove. For the preparation of the recess 18 For example, a side milling cutter or the like can be used. Alternatively, the recess 18 in the form of a groove also by forming and / or prototyping and / or with the aid of an energy beam 22 be introduced.

4 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform des Verfahrens. Im ersten Schritt wird die Ausnehmung 18 beispielsweise durch mechanisches Bohren hergestellt. Im zweiten Schritt wird zum Ausbilden der Ausnehmung 18 zum Loch 16 der Bereich 20 der Wandung 14 sozusagen fertig gebohrt, indem die Wandung 14 mit dem Energiestrahl 22 vorzugsweise gepulst beaufschlagt wird. Hierzu wird beispielsweise ein Kurzpulslaser verwendet. Wie aus 4 erkennbar ist, wird dabei der Energiestrahl 22 von der der ersten Seite 23 gegenüberliegenden, zweiten Seite auf die Wandung 14 aufgebracht. Alternativ kann der Energiestrahl 22 auch von der ersten Seite 23 aus aufgebracht werden. Die Ausnehmung 18 gemäß 4 weist einen in Erstreckungsrichtung der Ausnehmung 18 zumindest im Wesentlichen konstanten Innenumfang, insbesondere Innendurchmesser, auf. 4 illustrates a fourth embodiment of the method. The first step is the recess 18 for example, produced by mechanical drilling. In the second step becomes the Forming the recess 18 to the hole 16 the area 20 the wall 14 bored, so to speak, by the wall 14 with the energy beam 22 preferably pulsed is applied. For this purpose, for example, a short-pulse laser is used. How out 4 is recognizable, while the energy beam 22 from the first page 23 opposite, second side on the wall 14 applied. Alternatively, the energy beam 22 also from the first page 23 from being applied. The recess 18 according to 4 has an extension direction of the recess 18 at least substantially constant inner circumference, in particular inner diameter, on.

Im Gegensatz dazu ist anhand von 5 eine fünfte Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht, bei welcher die Ausnehmung 18 durch Ansenken zumindest im Wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet wird. Hierbei weist die Ausnehmung 18 einen Querschnitt auf, welcher sich ausgehend von der ersten Seite 23 in Richtung der zweiten Seite 24 verjüngt. Der Energiestrahl 22 zur Fertigstellung des Loches 16 kann wie in 5 dargestellt ausgehend von der zweiten Seite 24 oder ausgehend von der ersten Seite 23 aus aufgebracht werden.In contrast, based on 5 illustrates a fifth embodiment of the method, in which the recess 18 is formed by countersinking at least substantially frusto-conical. In this case, the recess 18 a cross section which, starting from the first side 23 towards the second page 24 rejuvenated. The energy beam 22 to complete the hole 16 can be like in 5 represented starting from the second side 24 or starting from the first page 23 from being applied.

Anhand von 6 ist eine sechste Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht. Die sechste Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der vierten Ausführungsform, wobei jedoch die Ausnehmung 18 bei der sechsten Ausführungsform mit einem kleineren Innendurchmesser als bei der vierten Ausführungsform hergestellt wird. Der Energiestrahl 22 weitet dann das kleine Loch 16 nur auf und entfernt dabei gegebenenfalls entstandene Grate mit. Hierbei wird weniger Zeit für die Strahlbearbeitung benötig, da weniger Material entfernt wird als beim Bohren ins Volle. Der Energiestrahl 22 zur Fertigstellung des Loches 16 kann wie in 6 dargestellt ausgehend von der zweiten Seite 24 oder ausgehend von der ersten Seite 23 aus aufgebracht werden.Based on 6 a sixth embodiment of the method is illustrated. The sixth embodiment substantially corresponds to the fourth embodiment, but wherein the recess 18 is produced in the sixth embodiment with a smaller inner diameter than in the fourth embodiment. The energy beam 22 then widens the small hole 16 only on and removes possibly resulting burrs with. This will take less time to process the shot as less material is removed than when drilling to full. The energy beam 22 to complete the hole 16 can be like in 6 represented starting from the second side 24 or starting from the first page 23 from being applied.

7a und 7b dienen zur Veranschaulichung einer siebten Ausführungsform des Verfahrens. Bei der siebten Ausführungsform wird die Ausnehmung 18 als die Wandung 14 durchdringende Durchgangsöffnung ausgebildet, indem die Wandung 14 vorgebohrt wird. 7a zeigt das Bauteil 10 nach der Herstellung der Ausnehmung 18 und vor der Weiterbildung der Ausnehmung 18 zum Loch 16. 7b zeigt das Bauteil 10 nach dem Herstellen des Lochs 16. Zum Herstellen des Lochs 16 aus der Ausnehmung 18 wird die Wandung 14 von der zweiten Seite 24 aus mit dem Energiestrahl 22 beaufschlagt. Hierbei wird die Ausnehmung 18 zumindest in einem Teilbereich mittels des Energiestrahls 22 in ihrem Innendurchmesser erweitert. Alternativ ist vorstellbar, dass die Herstellung des Lochs 16 aus der Ausnehmung 18 durch die Beaufschlagung der Wandung 14 mit dem Energiestrahl 22 von der ersten Seite 23 aus erfolgt. 7a and 7b serve to illustrate a seventh embodiment of the method. In the seventh embodiment, the recess 18 as the wall 14 penetrating through hole formed by the wall 14 is pre-drilled. 7a shows the component 10 after the production of the recess 18 and before the development of the recess 18 to the hole 16 , 7b shows the component 10 after making the hole 16 , To make the hole 16 from the recess 18 becomes the wall 14 from the second page 24 out with the energy beam 22 applied. This is the recess 18 at least in a partial area by means of the energy beam 22 expanded in its inner diameter. Alternatively, it is conceivable that the production of the hole 16 from the recess 18 by applying the wall 14 with the energy beam 22 from the first page 23 out.

Anhand von 8a und 8b ist eine achte Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht. Bei der achten Ausführungsform wird das aus 8b erkennbare Loch 16 derart ausgebildet, dass das Loch 16 als Durchgangsöffnung auf der zweiten Seite 24 der Wandung 14 beispielsweise an die Umgebung oder in einen Hohlraum des Bauteils 10 mündet. Auf der ersten Seite 23 jedoch mündet das Loch 16 in eine die Wandung 14 durchdringende Durchgangsöffnung 26 des Bauteils 10.Based on 8a and 8b an eighth embodiment of the method is illustrated. In the eighth embodiment, this will turn off 8b recognizable hole 16 designed so that the hole 16 as a passage opening on the second side 24 the wall 14 For example, to the environment or in a cavity of the component 10 empties. On the first page 23 however, the hole opens 16 in one the wall 14 penetrating passage opening 26 of the component 10 ,

Im ersten Schritt des Verfahrens wird die aus 8a erkennbare Ausnehmung 18 durch mechanisches Bohren der Wandung 14 als Sackloch ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Ausnehmung 18 noch nicht in die Durchgangsöffnung 26 mündet. Wie noch im Folgenden erläutert wird, kann die Ausnehmung 18 alternativ oder zusätzlich mit Hilfe eines Energiestrahls 22 und/oder durch Urformen und/oder Umformen der Wandung 14 hergestellt werden. Aus 8b ist erkennbar, dass die Wandung 14 im zweiten Schritt des Verfahrens von der zweiten Seite 24 aus mit dem Energiestrahl 22 beaufschlagt wird, um dadurch die Ausnehmung 18 zum Loch 16 fertig herzustellen. Hierbei wird der Energiestrahl 22 beispielsweise trepaniert und/oder perkussiert. Durch Beaufschlagen der Wandung 14 mit dem Energiestrahl 22 erfolgt ein thermischer oder ablativer Abtrag, so dass es beim Durchbruch der Ausnehmung 18 in die Durchgangsöffnung 26 zu keiner oder nur zu einer sehr geringen Gratbildung kommt. Bei besonders günstigen geometrischen Anordnungen kann die Fertigstellung des Loches 16 ausgehend von der Ausnehmung 18 mit Hilfe eines Energiestrahles 22 auch durch eine Beaufschlagung von der ersten Seite 23 her erfolgen.In the first step of the procedure is the off 8a recognizable recess 18 by mechanical drilling of the wall 14 designed as a blind hole. This means that the recess 18 not yet in the through hole 26 empties. As will be explained below, the recess 18 alternatively or additionally with the help of an energy beam 22 and / or by prototyping and / or reshaping the wall 14 getting produced. Out 8b is evident that the wall 14 in the second step of the procedure from the second page 24 out with the energy beam 22 is applied to thereby the recess 18 to the hole 16 ready to manufacture. This is the energy beam 22 For example trepaniert and / or percussed. By applying the wall 14 with the energy beam 22 a thermal or ablative removal takes place, so that it breaks through the recess 18 in the passage opening 26 comes to no or only a very small burr formation. In particularly favorable geometric arrangements, the completion of the hole 16 starting from the recess 18 with the help of an energy beam 22 also by an imposition of the first page 23 done here.

Anhand von 9a ist eine neunte Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht. Bei der neunten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Ausnehmung 18 der Wandung 14 durch Umformen der Wandung 14 hergestellt wird. Gemäß der neunten Ausführungsform ist die Ausnehmung 18 als in die Wandung 14 eingedrückte oder eingerollte Sicke ausgebildet.Based on 9a a ninth embodiment of the method is illustrated. In the ninth embodiment, it is provided that the recess 18 the wall 14 by reshaping the wall 14 will be produced. According to the ninth embodiment, the recess 18 as in the wall 14 indented or curled bead formed.

Anhand von 9b ist eine zehnte Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht. Auch bei der zehnten Ausführungsform ist die Ausnehmung 18 durch Umformen der Wandung 14 hergestellt. Wie aus 9b erkennbar ist, ist die Ausnehmung 18 dabei stanzniet-artig hergestellt.Based on 9b A tenth embodiment of the method is illustrated. Also in the tenth embodiment, the recess 18 by reshaping the wall 14 produced. How out 9b is recognizable, is the recess 18 while punched rivet-like produced.

9c veranschaulicht eine elfte Ausführungsform des Verfahrens. Bei der elften Ausführungsform ist die Ausnehmung 18 wie auch bei der zehnten Ausführungsform durch Umformen der Wandung 14 hergestellt. Bei der elften Ausführungsform ist die Ausnehmung 18 beispielsweise in die Wandung 14 gedrückt oder geschmiedet. 9c illustrates an eleventh embodiment of the method. In the eleventh embodiment, the recess 18 as in the tenth embodiment by forming the wall 14 produced. In the eleventh embodiment, the recess 18 for example, in the wall 14 pressed or forged.

10 veranschaulicht eine zwölfte Ausführungsform des Verfahrens. Bei der zwölften Ausführungsform wird die Ausnehmung 18 im ersten Schritt des Verfahrens durch Urformen hergestellt. Ist das Bauteil 10 beispielsweise als Gussteil hergestellt, so wird die Ausnehmung 18 beispielsweise beim Gießen des Bauteils 10 als eingegossener Kanal hergestellt. Alternativ kann die Herstellung der Durchgangsöffnung 26 auch mit Hilfe eines Energiestrahles 22 hergestellt werden. Ferner ist vorstellbar, die Durchgangsöffnung 26 auch nach einem der hier beschriebenen mindestens zweistufigen Herstellverfahren zu erzeugen. 10 illustrates a twelfth embodiment of the method. In the twelfth embodiment, the recess 18 produced in the first step of the process by prototyping. Is that part 10 For example, produced as a casting, so the recess 18 for example, when casting the component 10 manufactured as a cast-in channel. Alternatively, the production of the passage opening 26 also with the help of an energy beam 22 getting produced. It is also conceivable, the passage opening 26 also to produce according to one of the described at least two-stage manufacturing process.

Schließlich ist anhand von 11 eine dreizehnte Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht. Auch bei der dreizehnten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Ausnehmung 18 durch Urformen hergestellt wird. Dadurch weist die Wandung 14 im Bereich der Ausnehmung 18 gegenüber sich an die Ausnehmung 18 anschließende Bereiche eine geringere Wandstärke auf.Finally, based on 11 A thirteenth embodiment of the method is illustrated. Also in the thirteenth embodiment, it is provided that the recess 18 is produced by prototyping. This shows the wall 14 in the region of the recess 18 opposite to the recess 18 subsequent areas on a smaller wall thickness.

Wird das Bauteil 10 beispielsweise als Gussteil, das heißt durch ein Gießverfahren, hergestellt, so kann die Ausnehmung 18 beispielsweise mittels eines Kerns oder einer Form beim Gießen des Bauteils 10 hergestellt werden. Mittels des Energiestrahls 22 kann dann im zweiten Schritt des Verfahrens der Innendurchmesser des Lochs 16 exakt hergestellt werden, was gießtechnisch nicht möglich ist. Hierzu wird beispielsweise der Innendurchmesser der Ausnehmung 18 zumindest ein wenig erweitert, so dass der endgültige Innendurchmesser des Lochs 16 präzise hergestellt werden kann. Allen dreizehn Ausführungsformen des Verfahrens ist gemeinsam, dass das Herstellen der Ausnehmung 18 durch Umformen und/oder Urformen und/oder mit Hilfe eines Energiestrahls 12 und/oder durch eine spanende Bearbeitung wie beispielsweise mechanisches Bohren mit der Fertigstellung des Lochs 16 durch den Energiestrahl 22 kombiniert ist. Hierdurch kann das Loch 16 insbesondere hinsichtlich seines Innendurchmessers bei Bedarf besonders exakt gefertigt werden. Ferner ist eine zeit- und kostengünstige Herstellung des Loches 16 realisierbar, da nicht das gesamte Material mit dem Energiestrahl 12 entfernt werden muss. Darüber hinaus kann die Entstehung eines Grats insbesondere auf der jeweiligen, dem Energiestrahl 22 abgewandten Seite der Wandung 14 vermieden oder zumindest sehr gering gehalten werden.Will the component 10 For example, as a casting, that is produced by a casting process, so the recess 18 for example by means of a core or a mold during casting of the component 10 getting produced. By means of the energy beam 22 can then in the second step of the process the inner diameter of the hole 16 exactly produced, which is not possible by casting. For this purpose, for example, the inner diameter of the recess 18 extended at least a little, leaving the final inner diameter of the hole 16 can be made precisely. All thirteen embodiments of the method have in common that the production of the recess 18 by reshaping and / or prototyping and / or by means of an energy beam 12 and / or by a machining such as mechanical drilling with the completion of the hole 16 through the energy beam 22 combined. This can cause the hole 16 If necessary, they can be manufactured particularly precisely with regard to their inner diameter. Furthermore, a time- and cost-effective production of the hole 16 feasible, because not all the material with the energy beam 12 must be removed. In addition, the formation of a ridge in particular on the respective, the energy beam 22 opposite side of the wall 14 be avoided or at least kept very low.

Für alle dreizehn Ausführungsformen gilt, dass die entstandene Bohrung nicht zwangsläufig komplett gratfrei sein muss. Minimale Grate, die aufgrund geringer Schmelzebildung fest mit der Wand verbunden sind und den Querschnitt nicht unzulässig einengen, sind in der Regel tolerierbar. Kritisch sind Grate, die sich lösen und z. B. in einen Ölkreislauf zum Ausfall von Ventilen oder zu Verschleiß führen können.For all thirteen embodiments applies that the resulting bore does not necessarily have to be completely burr-free. Minimal burrs, which are firmly connected to the wall due to low melt formation and which do not unduly restrict the cross section, are generally tolerable. Critical are ridges that dissolve and z. B. in an oil circuit to failure of valves or can lead to wear.

Allen dreizehn Ausführungsformen ist gemeinsam, dass sowohl die Ausnehmung 18 und/oder das fertiggestellte Loch 16 nicht im Wesentlichen rund sein müssen. Vielmehr können die Ausnehmung 18 und/oder das fertiggestellte Loch 16 beispielsweise auch oval, mehreckig oder schlitzförmig ausgebildet sein. Des Weiteren muss die Lage des fertiggestellten Loches 16 nicht in Achsmitte der zuvor erzeugten Ausnehmung 18 zu liegen kommen.All thirteen embodiments have in common that both the recess 18 and / or the completed hole 16 do not have to be essentially round. Rather, the recess 18 and / or the completed hole 16 for example, be oval, polygonal or slit-shaped. Furthermore, the location of the completed hole 16 not in the middle of the previously generated recess 18 to come to rest.

Allen dreizehn Ausführungsformen ist ferner gemeinsam, dass ausgehend von der Ausnehmung 18 auch mehrere Löcher 16 erzeugt werden können. So ist beispielsweise vorstellbar, dass in einer nutförmig erzeugten Ausnehmung 18 mehrere hintereinander in Längsrichtung der Nut angeordnete, voneinander getrennte Löcher 16 erzeugt werden. Die Löcher können auch miteinander verbunden sein und/oder einen schlitzförmigen Durchbruch bilden.All thirteen embodiments are also common that starting from the recess 18 also several holes 16 can be generated. For example, it is conceivable that in a groove-shaped recess 18 several successively arranged in the longitudinal direction of the groove, separate holes 16 be generated. The holes can also be connected to one another and / or form a slot-shaped opening.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2384845 A1 [0002]

Claims

Method for producing a wall ( 14 ) of a component ( 10 ) penetrating hole ( 16 ) by means of at least one energy beam ( 22 ), in which in a first step of the method a recess ( 18 ) of the wall ( 14 ) is produced, wherein in a second step of the method, the recess ( 18 ) by means of the energy beam ( 22 ) to the hole ( 16 ) is formed, characterized in that the recess ( 18 ) in the first step by reshaping and / or prototyping and / or by means of an energy beam ( 22 ) and / or by a machining in the form of a mechanical drilling of the wall ( 14 ) will be produced.

Method according to claim 1, characterized in that the recess ( 18 ) in the first step with a hole to be made ( 16 ) larger or equal inner circumference or inner diameter is produced.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that starting from the recess ( 18 ) in a subsequent step several adjacent areas ( 20 ) with the help of an energy beam ( 22 ) are drilled through.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drilled regions ( 20 ) are formed separately from each other, or touch or together a larger passage opening ( 26 ) form.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the recess ( 18 ) in the first step with a hole to be made ( 16 ) is made equal or smaller inner circumference or inner diameter, wherein in the course of the second step by means of the energy beam ( 22 ) the inner circumference or the inner diameter of the recess ( 18 ) by contact of the energy beam ( 22 ) with the wall ( 14 ) is conically enlarged.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the first step, the recess ( 18 ) is prepared as a blind hole or through hole.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the recess ( 18 ) is produced in the first step such that the recess ( 18 ) from a first page ( 23 ) towards one of the first pages ( 23 ) opposite, second side ( 24 ) of the wall ( 14 ), wherein the wall ( 14 ) in the second step from the second page ( 24 ) from or from the first page ( 23 ) with the energy beam ( 22 ) for forming the hole ( 16 ) is applied.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the energy beam ( 22 ) is pulsed in the form of a laser beam, in particular as a short-pulse laser beam in the ms or ns range or as ultrashort pulse laser beam in the ps- or fs range.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the energy beam ( 22 ) is provided in the form of a continuous laser beam or an electron beam.