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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks und ein Verfahren zum Herstellen eines Düsenkörpers für einen Fluidinjektor, bei dem ein Rohdüsenkörper mittels eines elektrochemischen Bearbeitungsvorgangs bearbeitet wird.
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Brennkraftmaschinen sind häufig dazu ausgelegt, hohe Drehmomente zu erzeugen, welche große Einspritzmengen erfordern. Andererseits erfordern gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken.
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Die Verringerung von Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen sowie die Verbesserung der Strömungseigenschaften und eine genaue Dosierung des zuzumessenden Fluids sind bei der Konstruktion von Düsenkörpern eine große Herausforderung.
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Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks für einen Fluidinjektor zu schaffen, die dazu geeignet sind, einen Düsenkörper herzustellen, der ein zuverlässiges Zumessen von Fluid ermöglicht und der dazu beiträgt, Schadstoffemissionen in einer Brennkraftmaschine gering zu halten.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem ersten Aspekt umfasst eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks für einen Fluidinjektor, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die jeweils zum Bearbeiten des Werkstücks mittels eines elektrochemischen Bearbeitungsvorgangs, der elektrochemisches Abtragen umfasst, ausgebildet sind. Die Vorrichtung umfasst weiter ein Halteelement, das mit der ersten und zweiten Elektrode gekoppelt ist und das dazu ausgebildet ist, an die erste und zweite Elektrode jeweils einen vorgegebenen Spannungsverlauf anzulegen. Die erste und/oder zweite Elektrode sind weiter bezogen auf eine Mittelachse jeweils axial beweglich mit dem Halteelement gekoppelt.
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Mittels der beschriebenen Vorrichtung ist ein ansteuerbares Werkzeug realisiert, das mittels elektrochemischen Abtragens, insbesondere Erodierens, auf einfache und zuverlässige Weise ein Anpassen einer Kontur des Werkstücks sowie ein Ausbilden von Ausnehmungen und durchdringenden Öffnungen in oder an dem Werkstück ermöglicht. Ein solches Werkzeug kann insbesondere dazu genutzt werden, um bei einem Herstellen eines Düsenkörpers für einen Fluidinjektor ein oder mehrere Einspritzlöcher mit vorgegebener Geometrie in eine Wandung des Düsenkörpers einzubringen.
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Die erste und zweite Elektrode realisieren eine Doppelelektrode, die Translations-, Rotations- und/oder Oszillationsbewegungen ausführen kann. Dabei können die beiden Elektroden abhängig oder unabhängig voneinander ansteuerbar sein. Ein unabhängiges Ansteuern umfasst verschiedene mechanische Bewegungen sowie unterschiedlich anliegende Spannungsverläufe an der jeweiligen Elektrode.
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Auf diese Weise können mittels der beschriebenen Vorrichtung unter anderem Werkstücke mit großen Wandstärken, wie Düsenkuppen von Hochdruckinjektoren, zuverlässig bearbeitet werden, um insbesondere Einspritzlöcher mit vorgegebener Geometrie einzubringen. Die großen Wandstärken solcher Fluidinjektoren sind durch Bauteilbelastungen aufgrund hoher Einspritzdrücke eines einzuspeisenden Fluids begründet, die angestrebt werden, um Anforderungen an Emissionsgesetze zu erfüllen. Hohe Einspritzdrücke wirken sich einerseits vorteilhaft auf einen Verbrauch von Kraftstoff und Emission von Schadstoffen aus, beeinflussen aber andererseits nachteilig eine Strahlaufbereitung des einzuspeisenden Fluids, insbesondere Kraftstoff.
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Um einer Verschlechterung der Strahlaufbereitung entgegenzuwirken, wird ein Längen-zu-Durchmesser Verhältnis eines jeweiligen Einspritzlochs im Bereich einer zugehörigen Austrittsmündung lokal korrigiert oder angepasst, um die Düsenkuppe materialspezifisch nicht global zu schwächen. Zu diesem Zweck wird das Einspritzloch zum Beispiel mit einer gestuften Geometrie ausgebildet, welche mittels der beschriebenen Vorrichtung auf einfache Weise präzise und zuverlässig herstellbar ist. Die Doppelelektrode ermöglicht es mittels elektrochemischen Abtragens, ein Einspritzloch mit lokal reduzierter Spritzlochlänge auszubilden. Auf diese Weise kann auf ein Ausbilden einer solchen Geometrie des Einspritzlochs mittels Bohren oder im Rahmen eines Polygonschliffverfahrens verzichtet werden und ein Beitrag für eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Düsenkörpers für einen Fluidinjektor geleistet werden.
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Durch eine Verwendung einer ersten und zweiten Elektrode kann mittels der Vorrichtung beim elektrochemischen Abtragen gezielt eine gewünschte Stufung oder ein vorgegebener Absatz des jeweiligen Einspritzlochs erzeugt werden. Zu diesem Zweck werden die erste und zweite Elektrode hinsichtlich ihrer Geometrien entsprechend ausgebildet oder bereitgestellt, um das Einspritzloch mit vorgegebener Stufengeometrie auszubilden.
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Begründet durch das elektrochemische Abtragen von Material des Rohdüsenkörpers mittels der Doppelelektrode der beschriebenen Vorrichtung können hohe Konzentrizitäten Qualität zwischen Einspritzloch und zugehöriger Stufung erreicht werden, welche sich vorteilhaft auf ein Strömungsverhalten eines durchströmenden Fluids auswirken können. Darüber hinaus sind unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung keine zusätzlichen Prozessschritte, wie Bohren oder Polygonschliffverfahren, notwendig, um die Düsenkuppe anzupassen und ein gestuftes Einspritzloch auszubilden. Auf diese Weise werden Koaxialitätsfehler vermieden oder zumindest verringert und es wird ein Beitrag für eine verbesserte Symmetrie des Einspritzlochs geleistet. Außerdem ist eine Größe der Stufung, welche zu einer Einspritzlochfreistellung des jeweiligen Einspritzlochs führt, individuell von der Geometrie der ersten und/oder zweiten Elektrode sowie von elektrisch einstellbaren Parametern zum Ansteuern der beiden Elektroden abhängig.
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Im Rahmen eines solchen elektrochemischen Bearbeitungsvorgangs ist der Rohdüsenkörper eine Anode während die erste und zweite Elektrode jeweils eine Kathode realisieren. Zwischen dem Rohdüsenkörper und der Doppelelektrode der Vorrichtung wird ein vorgegebener Spannungsverlauf oder eine vorgegebene Potentialdifferenz angelegt, um ein elektrochemisches Abtragen, insbesondere Erodieren, einzuleiten.
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In diesem Zusammenhang wird ein Elektrolyt zwischen dem Rohdüsenkörper und den Elektroden eingebracht, um unter anderem den zu bearbeitenden Teil der Wandung des Rohdüsenkörpers und die Elektroden zu benetzen, zu umspülen und abgetragenes Material aufzunehmen. Auf diese Weise geht ein Teil des Materials des Rohdüsenkörpers mit dem Elektrolyt in Lösung und wird durch chemische Verbindung mit Ionen des Elektrolyts abgetragen, sodass ohne Kontakt zu der oder den Kathoden die Wandung des Rohdüsenkörpers elektrochemisch bearbeitet wird und ein Einspritzloch ausgebildet werden kann.
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Durch einen solchen kontaktlosen elektrochemischen Bearbeitungsvorgang wird die Kathode als Werkzeug kaum abgenutzt und ist es möglich, eine hohe Stückzahl an Düsenkörpern mit im Wesentlichen konstanter Geometrie der Einspritzlöcher herzustellen. Dadurch, dass ein solches Abtragen von Material des Werkstücks im Wesentlichen ohne mechanischen Kontakt erfolgt, handelt es sich nicht um ein Spanverfahren, sodass Eigenschaften wie Härte und Zähigkeit des abzutragenden Materials keine wesentlich einschränkenden Größen für den elektrochemischen Bearbeitungsvorgang darstellen.
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Durch Anlegen eines vorgegebenen Spannungsverlaufs an der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode kann die Wandung des Rohdüsenkörpers gezielt bearbeitet werden. Der jeweilige vorgegebene Spannungsverlauf kann zeitlich variieren und ist zum Beispiel an einen Abstand zwischen dem Rohdüsenkörper und der jeweiligen Elektrode angepasst. Dies ermöglicht ein präzises und kontrolliertes Abtragen von Material des Werkstücks entsprechend der vorgegebenen Geometrie der ersten und/oder zweiten Elektrode und Ausbilden eines gestuften Einspritzlochs.
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Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung weist die zweite Elektrode eine Ausnehmung aufweist, in der die erste Elektrode teilweise angeordnet ist.
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Eine solche Weiterbildung der Vorrichtung realisiert eine nutzbringende Möglichkeit der Ausgestaltung der Doppelelektrode, indem die zweite Elektrode zum elektrochemischen Abtragen und zusätzlich zur Aufnahme und Halterung für die erste Elektrode ausgebildet ist. Beispielsweise ist die erste Elektrode teilweise in der Ausnehmung der zweiten Elektrode eingespannt, sodass eine stabile Doppelelektrode realisiert ist, die ein zuverlässiges elektrochemisches Abtragen mittels Erodieren ermöglicht.
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Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung sind die erste Elektrode als massiver Draht und die zweite Elektrode als hohler Draht ausgebildet.
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Insbesondere sind die Elektroden aus einem wärmebeständigen Material gefertigt, beispielsweise Wolfram, um eine Vorrichtung zum elektrochemisches Abtragen und Erodieren von Material des zu bearbeitenden Werkstücks mit langer Lebensdauer des Werkzeugs zu ermöglichen.
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Im Rahmen eines elektrochemischen Bearbeitungsvorgangs, insbesondere bei elektrochemischen Abtragen, kommt es auch zu einem geringfügigen Abtrag der dazu eingesetzten Elektroden, sodass das Material der beiden Elektroden neben einer hohen Wärmebeständigkeit vorteilhafterweise auch einen geringeren Materialabtrag erlaubt als das abzutragende Material des zu bearbeitenden Werkstücks. Darüber hinaus weisen die erste und zweite Elektrode der Vorrichtung vorteilhafterweise ein Material mit hoher Leitfähigkeit auf, um ein effizientes elektrochemisches Abtragen mittels Erodieren unter Anlegen eines jeweiligen vorgegebenen Spannungsverlaufs zu ermöglichen.
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Dadurch, dass bei einem elektrochemischen Bearbeitungsvorgang ein geringfügiger Abtrag auch an den Elektroden des Werkzeugs stattfindet, ist ein entsprechendes Nachfahren der Elektroden an die zu bearbeitende Kontur des Werkstücks erforderlich, um ein zuverlässiges und präzises Ausbilden des Einspritzlochs zu realisieren. Die beiden Elektroden sind diesbezüglich hinsichtlich ihrer Geometrie ausgestaltet, sodass ein gewisser Abtrag mit eingeplant ist und ein Ausbilden des oder der Einspritzlöcher mit nur einem Werkzeug möglich ist. Es werden somit keine weiteren Prozessschritte benötigt, die zu Symmetriefehlern führen können.
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Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung sind die erste und zweite Elektrode zylinderförmig ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung weist die erste zylinderförmige Elektrode einen ersten Durchmesser und die zweite zylinderförmige Elektrode einen zweiten Durchmesser auf, welcher größer als der erste Durchmesser ist.
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Diese Weiterbildungen der Vorrichtung realisieren eine Möglichkeit, ein gestuftes Einspritzloch in einen bereitgestellten Rohdüsenkörper einzubringen und ein gewünschtes Längen-Durchmesser-Verhältnis des Einspritzlochs zu realisieren. Die zweite Elektrode kann auch als Außenelektrode bezeichnet werden und kann unabhängig von der ersten Elektrode, die als Innenelektrode bezeichnet werden kann, bewegt werden. Auf diese Weise kann mittels der Außenelektrode die Stufung oder die Einspritzlochfreistellung unabhängig von einem schmaleren Einspritzlochkanal ausgebildet werden, welcher mittels der Innenelektrode ausgebildet wird. Geometrie der Stufung sowie des Einspritzlochkanals sind durch die jeweilige Geometrie der Außen- und Innenelektrode vorgegeben.
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Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung sind die erste und zweite Elektrode unabhängig voneinander ansteuerbar.
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Im Rahmen eines elektrochemischen Bearbeitungsvorgangs mittels der beschriebenen Vorrichtung können die beiden Elektroden synchrone und/oder gleichgerichtete translatorische, rotatorische oder oszillatorische Bewegungen ausführen. Oder die beiden Elektroden führen zeitlich aufeinanderfolgende entgegen gerichtete Bewegungen aus. Beispielsweise wird bei einem elektrochemischen Abtragen eine gegenläufige Rotation der ersten und zweiten Elektrode ausgeführt, um eine verbesserte Spülwirkung des Elektrolyts zu erreichen und eine erhöhte Symmetrie des Einspritzlochs mit geringen Koaxialitätsfehlern zu erzielen. Gemäß einer Weiterbildung weist die Vorrichtung eine Isolierung auf, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, um die erste und die zweite Elektrode voneinander zu isolieren.
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Eine solche Isolierung ist insbesondere erforderlich, wenn die erste und zweite Elektrode mit unterschiedlichen Spannungsverläufen beaufschlagt werden und die erste und zweite Elektrode unabhängig voneinander ansteuerbar sein sollen. Beispielsweise wird eine Innenwand der zweiten Elektrode, die in einem angeordneten Zustand in dem Halteelement der ersten Elektrode zugewandt ist, mit einer isolierenden Lackschicht versehen, um einen Spannungsübertrag zu verhindern.
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Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung weist das Halteelement mindestens eine Spannzange auf, die mit der ersten und/oder zweiten Elektrode gekoppelt ist.
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Eine solche Spannzange realisiert eine kostengünstige und einfache Möglichkeit der Kopplung des Halteelements mit der ersten und/oder zweiten Elektrode und ermöglicht darüber hinaus einen mechanischen Halt sowie ein elektrisches Beaufschlagen der jeweiligen Elektrode mit einem jeweilig vorgegebenen Spannungsverlauf. Gegebenenfalls weist das Halteelement zwei Spannzangen auf, von denen eine mit der ersten Elektrode und die andere mit der zweiten Elektrode gekoppelt ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Düsenkörpers für einen Fluidinjektor ein Bereitstellen eines Rohdüsenkörpers mit einer Rohdüsenkörperausnehmung, die bezogen auf eine Mittelachse ausgehend von einem ersten axialen Ende des Rohdüsenkörpers durch eine Rohwandung zwischen der Rohdüsenkörperausnehmung und einem Außenbereich des Rohdüsenkörpers begrenzt ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Bereitstellen einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt und ein Abtragen eines Teils der Rohwandung mittels der Vorrichtung in einem Bereich eines zweiten axialen Endes bezogen auf die Mittelachse ausgehend von dem Außenbereich des Rohdüsenkörpers durch die Rohwandung hindurch bis in die Rohdüsenkörperausnehmung und dadurch Ausbildung des Düsenkörpers mit einem Einspritzloch zum Zumessen von Fluid.
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Ein solches Verfahren zum Herstellen eines Düsenkörpers für einen Fluidinjektor umfasst insbesondere ein Bearbeiten des Rohdüsenkörpers unter Verwendung einer Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Vorrichtung, sodass alle Eigenschaften und Merkmale der Vorrichtung auch für das Verfahren zum Herstellen eines Düsenkörpers offenbart sind und umgekehrt.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst der elektrochemische Bearbeitungsvorgang ein Bereitstellen eines Elektrolyts zum Benetzen und Umspülen der ersten und/oder zweiten Elektrode der Vorrichtung und ein Annähern der ersten und zweiten Elektrode an den Rohdüsenkörper in dem Bereich des zweiten axialen Endes. Das Verfahren umfasst weiter ein Einbringen des Elektrolyts in ein verbleibendes freies Volumen zwischen dem Rohdüsenkörper und der ersten und zweiten Elektrode. Außerdem umfasst das Verfahren ein Anlegen eines jeweiligen vorgegebenen Spannungsverlaufs zwischen dem Rohdüsenkörper und der ersten und/oder zweiten Elektrode.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Verfahren ein Abtragen eines Teils der Rohwandung mittels der Vorrichtung und dadurch Ausbilden des Einspritzlochs mit konusförmiger Geometrie.
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Mittels des beschriebenen Verfahrens ist es unter Verwendung der Vorrichtung außerdem möglich, ein Einspritzloch mit konusförmiger Geometrie auszubilden, indem beispielsweise die erste und zweite Elektrode einen vorgegebenen Winkel zu einer Rotationsachse der Vorrichtung aufweisen. Ein solcher Winkel bezieht sich zum Beispiel auf eine rotationssymmetrische Mittelachse der Vorrichtung und des Haltelements, sodass die erste und zweite Elektrode mit einer vorgegebenen Neigung zu dieser Mittelachse kontrolliert in das Haltelement eingespannt werden. Durch Rotation der beiden Elektroden wird somit eine jeweilige räumliche Kegelmantelfläche abgefahren, die entsprechend der Geometrie der jeweiligen Elektroden in die Wandung des Rohdüsenkörpers eingebracht werden kann, um so gezielt ein konusförmiges Einspritzloch auszubilden. Zum Beispiel weist ein so ausgebildetes Einspritzloch einen Innenmündung auf, die der Rohkörperausnehmung zugewandt ist und die einen größeren Durchmesser hat, als eine zugehörige Außenmündung an dem stromseitigen Ende des Einspritzlochs oder des Einspritzlochkanals. Eine gestufte Geometrie des Einspritzlochs ist auch mit einem konusförmigen Einspritzlochkanal möglich.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Verfahren ein Abtragen eines Teils der Rohwandung mittels der Vorrichtung und dadurch Ausbilden des Einspritzlochs mit zylinderförmiger Geometrie. Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Verfahren ein Abtragen eines Teils der Rohwandung mittels der Vorrichtung und dadurch Ausbilden des Einspritzlochs mit einem ersten und zweiten zylinderförmigen Abschnitt mit unterschiedlichen Durchmessern, die abhängig von der Geometrie der ersten und zweiten Elektrode ausgebildet sind.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst der elektrochemische Bearbeitungsvorgang Rotation und/oder Translation und/oder Oszillation der ersten und/oder zweiten Elektrode in axialer Richtung bezogen auf eine Mittelachse der ersten und/oder zweiten Elektrode.
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Bei dem Ausbilden eines Einspritzlochs sind kontrollierte Rotation, Translation und/oder Oszillation der ersten und/oder zweiten Elektrode nutzbringende Möglichkeiten im Rahmen eines elektrochemischen Bearbeitungsvorgangs, um ein effizientes und präzises Abtragen von Material des Rohdüsenkörpers ermöglichen. Die miteinander oder relativ zueinander bewegenden Elektroden führen zu einem verbesserten Medienaustausch des Elektrolyts und des abgetragenen Materials des Rohdüsenkörpers, sodass eine bessere Spülwirkung erzeugt wird, die einen Beitrag zu einem präzisen Bearbeiten des Rohdüsenkörpers und Ausbilden des Einspritzlochs leistet. Darüber hinaus wirken sich aufgrund von Rotation und/oder Oszillation der Elektroden Asymmetrien und/oder vorhandene Rundheitsfehler der ersten und/oder zweiten Elektrode nicht oder nur geringfügig auf eine Symmetrie der angepassten Bereiche aus.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks für einen Fluidinjektor,
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2 die Vorrichtung nach 1 in einer weiteren Ansicht,
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3 ein Einbringen eines Einspritzlochs in einen Rohdüsenkörper mittels der Vorrichtung nach 1 und 2,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks für einen Fluidinjektor.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Bearbeiten eines Werkstücks, welche eine erste Elektrode 3, eine zweite Elektrode 5 und ein Halteelement 7 aufweist. Die erste und zweite Elektrode 3, 5 und das Halteelement 7 sind bezüglich einer Mittelachse 4 axialsymmetrisch angeordnet und ermöglichen ein Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines elektrochemischen Bearbeitungsvorgangs, welcher elektrochemisches Abtragen umfasst. Zu diesem Zweck wird ein jeweilig vorgegebener Spannungsverlauf an die erste und/oder zweite Elektrode 3, 5 angelegt und so ein elektrochemisches Abtragen oder Erodieren von Material des Werkstücks ermöglicht.
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Die Vorrichtung 1 umfasst somit eine Doppelelektrode, mittels derer es möglich ist des Werkstücks möglich, auf einfache und zuverlässige Weise eine Kontur des Werkstücks anzupassen oder Ausnehmungen und durchdringende Öffnungen in oder an dem Werkstück auszubilden. Ein solches Werkzeug kann insbesondere dazu genutzt werden, um bei einem Herstellen eines Düsenkörpers für einen Fluidinjektor ein oder mehrere Einspritzlöcher 17 mit vorgegebener Geometrie in eine Wandung 15 eines Rohdüsenkörpers 10 einzubringen.
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Um insbesondere ein kontrolliertes und präzises Einbringen eines Einspritzlochs 17 in die Wandung 15 des Rohdüsenkörpers 10 einzubringen, können die beiden Elektroden 3, 5 zusammen oder unabhängig voneinander angesteuert werden. Dies umfasst unterschiedliche Spannungsverläufe, die an die jeweilige Elektrode 3 und 5 angelegt werden und auch unterschiedliche mechanische Bewegungen. Solche mechanischen Bewegungen sind in 1 durch Pfeile angedeutet und illustrieren, dass jeweils Rotations-, Translations- und/oder Oszillationsbewegungen der ersten und/oder zweiten Elektrode 3 und 5 möglich sind.
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Die erste und zweite Elektrode 3 und 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch ausgebildet und weisen eine zylinderförmige Geometrie auf. Dabei weist die zweite Elektrode 5 einen größeren Durchmesser auf als die erste Elektrode 3. Auf diese Weise kann mittels der Vorrichtung 1 ein gestuftes Einspritzloch 17 in einen bereitgestellten Rohdüsenkörper 10 eingebracht und ein gewünschtes Längen-Durchmesser-Verhältnis des Einspritzlochs 17 realisiert werden. Die vorgegebene Geometrie der beiden Elektroden 3 und 5 wirkt sich beim Erodieren entsprechend auf die Geometrie des auszubildenden Einspritzlochs 17 aus.
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Die zweite Elektrode 5 kann auch als Außenelektrode und kann unabhängig die erste Elektrode 3 als Innenelektrode bezeichnet werden. Auf diese Weise kann mittels der Außenelektrode 5 eine Stufung oder eine Einspritzlochfreistellung ausgebildet werden, während mittels der Innenelektrode 3 ein schmalerer Einspritzlochkanal ausgebildet wird. Ein solches gestuftes Einspritzloch 17 ist hinsichtlich einzuhaltender Emissionsparameter einer zugehörigen Brennkraftmaschine und hinsichtlich einer nutzbringenden Strahlaufbereitung eines durch das Einspritzloch 17 austretenden Fluids vorteilhaft. Eine Länge des Einspritzlochkanals und eine Geometrie der Einspritzlochfreistellung an einer Außenseite des Düsenkörpers sind unter anderem abhängig von einer Wandstärke des Düsenkörpers und einem Druck des durch das Einspritzloch 17 austretenden Fluids, welches nach Austreten aus dem Düsenkörper auffächert. Entsprechend werden die erste und zweite Elektrode 3 und 5 in Bezug auf ihrer Geometrie angepasst oder vorgegeben bereitgestellt.
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Im Rahmen eines elektrochemischen Bearbeitungsvorgangs wird die Doppelelektrode beispielsweise mittels einer Spannzange geführt und mit einem vorgegebenen Spannungsverlauf beaufschlagt. Gegebenenfalls weist das Halteelement 7 zwei Spannzangen auf, jeweils eine für die erste und zweite Elektrode 3 und 5.
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2 zeigt die Vorrichtung 1 nach 1 in einer perspektivischen Ansicht, in der zu erkennen ist, dass die erste Elektrode 3 in diesem Ausführungsbeispiel teilweise in der zweiten Elektrode 5 angeordnet und zum Beispiel eingespannt ist. Zu diesem Zweck weist die zweite Elektrode 5 eine Ausnehmung und einen Schlitz 6 auf, welche ein einfaches Aufnehmen und Einspannen der ersten Elektrode 3 ermöglichen. Die erste Elektrode 3 ist beispielsweise als massiver Draht ausgebildet, während die zweite Elektrode 5 als hohler Draht realisiert ist. Somit weist die Doppelelektrode der Vorrichtung 1 eine Draht-in-Draht Geometrie auf, die ein nutzbringendes Bearbeiten eines Werkstücks mittels elektrochemischen Abtragens ermöglicht.
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3 illustriert ein Einbringen des Einspritzlochs 17 in die Wandung 15 des Rohdüsenkörpers 10 mittels der Vorrichtung 1. Das Einspritzloch 17 wird durch Heranführen der beiden Elektroden 3 und 5 an den Rohdüsenkörper von einem Außenbereich durch die Wandung 15 hindurch bis in eine Rohdüsenkörperausnehmung 13 ausgebildet, welche sich entlang einer Mittelachse 14 von einem ersten axialen Ende 11 bis zu einem zweiten axialen Ende 12 durch die Wandung 15 des Rohdüsenkörpers 10 begrenzt ist. In der dargestellten 3 ist zu erkennen, dass die erste Elektrode 3 den schmaleren Einspritzkanal und die zweite Elektrode 5 die Stufung des gestuften Einspritzlochs 17 ausbildet. Um die Wandung 15 des Rohdüsenkörpers 10 im Rahmen eines elektrochemischen Bearbeitungsvorgangs durchdringen zu können, weisen die erste und/oder zweite Elektrode 3 und 5 vorgegebene Längen bezüglich der Mittelachse 4 der Vorrichtung 1 auf. Dies beinhaltet auch ein geringfügiges Abtragen der beiden Elektroden 3 und 5 selbst, sodass die Geometrie der Doppelelektrode entsprechend ausgebildet ist.
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Bei einem elektrochemischen Abtragen wird insbesondere ein Elektrolyt zwischen dem Rohdüsenkörper 10 und den Elektroden 3 und 5 eingebracht, um unter anderem den zu bearbeitenden Teil der Wandung 15 des Rohdüsenkörpers 10 und die Elektroden 3 und 5 zu benetzen, zu umspülen und abgetragenes Material aufzunehmen. Auf diese Weise geht ein Teil des Materials des Rohdüsenkörpers 10 mit dem Elektrolyt in Lösung und wird durch chemische Verbindung mit Ionen des Elektrolyts abgetragen, sodass ohne Kontakt zu den Elektroden 3 und 5 die Wandung 15 des Rohdüsenkörpers 10 elektrochemisch bearbeitet wird und das Einspritzloch 17 ausgebildet werden kann. Im Rahmen eines solchen elektrochemischen Abtragens realisiert der Rohdüsenkörper 10 zum Beispiel eine Anode und die beiden Elektroden 3 und 5 eine jeweilige Kathode, sodass aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode ein im Wesentlichen kontaktloser Materialabtrag des Rohdüsenkörpers 10 möglich ist.
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Durch einen solchen kontaktlosen elektrochemischen Bearbeitungsvorgang werden die Elektroden 3 und 5 als Werkzeug kaum abgenutzt und ist es möglich, eine hohe Stückzahl an Düsenkörpern mit im Wesentlichen konstanter Geometrie der Einspritzlöcher 17 herzustellen.
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Mittels nur einem Werkzeug und einem Bearbeitungsvorgang kann das Einspritzloch 17 präzise und zuverlässig in den Rohdüsenkörper 10 eingebracht werden, ohne weitere zeit- und kostenaufwendige Prozessschritte zu benötigen. Insbesondere hinsichtlich einer Symmetrie des gestuften Einspritzlochs 17 bietet ein Ausbilden mittels elektrochemischen Abtragens Vorteile gegenüber Verfahren wie Bohren oder Polygonschliff. Ein mittels der Vorrichtung 1 ausgebildetes Einspritzloch 17 weist eine hohe Konzentrizität mit geringen Koaxialitätsfehlern auf, welche sich vorteilhaft auf ein Strömungsverhalten eines durchströmenden Fluids, insbesondere Kraftstoff, auswirken und zu einem verbesserten Verbrennungsprozess in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs beitragen kann.
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4 illustriert eine weitere mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung 1, die im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen eine konische oder kegelstumpfförmige zweite Elektrode 5 aufweist. Die erste Elektrode 3 ist auch in der zweiten Elektrode 5 angeordnet und im Vergleich zu dieser deutlicher schmaler ausgebildet, um eine entsprechend schmale Geometrie des Einspritzlochkanals des Einspritzlochs 17 auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 3
- erste Elektrode
- 4
- Mittelachse der ersten und/oder zweiten Elektrode
- 5
- zweite Elektrode
- 6
- Schlitz der zweiten Elektrode
- 7
- Halteelement
- 10
- Rohdüsenkörper
- 11
- erstes axiales Ende
- 12
- zweites axiales Ende
- 13
- Rohdüsenkörperausnehmung
- 14
- Mittelachse des Rohdüsenkörpers
- 15
- Rohwandung
- 17
- Einspritzloch
