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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffleiteinheit für eine Verbrennungskraftmaschine oder einer Hydraulikmittelleiteinheit eines hydraulischen Bremsenbauteils, wobei eine zu einer Hauptbohrung quer verlaufende Nebenbohrung mittels eines Laserstrahls in einem Laserbearbeitungsverfahren bearbeitet wird.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung einer Brennstoffleiteinheit oder eines Hydraulikbremsenbauteil mit einer Hauptbohrung und einer quer dazu verlaufenden Nebenbohrung, wobei die Werkzeugmaschine eine Bearbeitungseinheit besitzt, die zum Bearbeiten der Hauptbohrung und/oder der Nebenbohrung mittels eines Laserstrahls in einem Laserbearbeitungsverfahren hergestellt ist, und eine Brennstoffleiteinheit oder eine Hydraulikbremsenbauteil mit einer Hauptbohrung und einer quer dazu verlaufenden Nebenbohrung, die mittels eines Laserstrahls in einem Laserbearbeitungsverfahren hergestellt ist.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits unterschiedliche Herstellverfahren für Brennstoffleiteinheiten, bspw. für Einspritzdüsen oder Hydraulikdrosseln, zur Anwendung in einer Verbrennungskraftmaschine oder einer Hydraulikbremse bekannt. Häufig werden so genannte Metal Injection Molding-Verfahren eingesetzt, um „MIM“-Teile zu erhalten. Ziel ist es dabei, bessere Abgaswerte für Verbrennungskraftmaschinen zu erhalten und ein besseres Leistungsverhalten von Hydraulikbremsen zu bewirken. Es wird ferner üblicherweise auf Drahterodieren, Stanzen und Lasern gesetzt, wobei meistens so genannte „Nano“-Laser eingesetzt werden.
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Die Anforderungen an Durchgangsdurchmesser im Bereich von Dieseleinspritzdüsen liegen bei ca. 0,03 mm. Um einen solchen Durchgangsdurchmesser zu erreichen, wurde hierfür bislang auf das so genannte „EDM“-Verfahren (Electronical Discharge Machining) gesetzt, das auf funkenerosivem Bohren basiert. Allerdings hat sich dort herausgestellt, dass die Oberflächen nach der Bearbeitung nicht ausreichend gut beschaffen sind und insbesondere durch Mikrorisse und Recast Layer geschädigt sind.
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Vor diesem Hintergrund hat sich auch das Laserbearbeitungsverfahren, auch als Laserbohren bekannt, als attraktiv herausgestellt, da es zuverlässig eine hohe Präzision erreicht.
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Der Schritt einer Bearbeitung durch das Laserbohren birgt neben all seinen Vorteilen die Gefahr der Beschädigung von Funktionsflächen. Diese Gefahr ist darin begründet, dass ein für die Bohrung eingesetzter Laser eine derart hohe Energiedichte aufweist, dass sich seine für das Bohren positiv genutzte Energie zerstörerisch auf umliegende Flächen auswirken kann.
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Insbesondere dann, wenn eine Querbohrung zur Hauptbohrung, die sogenannte Nebenbohrung, mittels Laserbohrens gefertigt wird, besteht die Gefahr, dass in der Situation, in der die Querbohrung erstmals einen Durchbruch zur Hauptbohrung erreicht, zumindest ein Teil des Laserstrahls auch auf Flächen der Hauptbohrung trifft, die bereits vollständig und endgültig bearbeitet sind. Auf diese Weise entstehen Schäden insbesondere in den feinporigen Oberflächenstrukturen von Hauptbohrungen, etwa von Leitkanälen einer Brennstoff- oder Hydraulikmittelleiteinheit. Jene Flächen der Hauptbohrung, auf die der Laserstrahl nach dem Durchbruch trifft, werden Rückwand genannt.
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Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben und insbesondere eine Lösung zu offenbaren, die es ermöglicht, einen Laserstrahl zur Bearbeitung einzusetzen ohne dabei vorhandene Oberflächen zu beschädigen beziehungsweise an vorhandenen Oberflächen einen Abtrag zu provozieren.
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Dies wird erfindungsgemäß einerseits durch ein Verfahren gelöst, bei dem in die Hauptbohrung, etwa temporär, ein Schutzmedium eingebracht wird, das die Hauptbohrung gegenüber dem Laserstrahl schützt. Somit kann die hohe Energie des Lasers komfortabel für eine Bearbeitung von Kanälen eingesetzte werden, ohne dass umliegende Flächen der Gefahr eine Beschädigung ausgesetzt wären.
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Der erfinderische Gedanke umfasst ebenso eine Vorrichtung, bei der in die Hauptbohrung ein Schutzmedium derart einbringbar ist, dass eine gegenüberliegend zur Nebenbohrung angeordnete Rückwand der Hauptbohrung vor dem Laserstrahl geschützt ist. Dies ermöglicht die hochpräzise Fertigung von Bauteilen bei zeitgleich hoher Sicherheit und einem geringen Ausschlussrisiko.
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So wird dem Problem aus dem Stand der Technik insbesondere dadurch Abhilfe geschaffen, dass die Flächen der Hauptbohrung, die etwa bei einem Durchbruch der Querbohrung in der Gefahr stehen, von dem Laserstrahl erfasst und somit beschädigt zu werden, mittels eines Schutzmaterials, das etwa nur während der Laserbearbeitung temporär in die Hauptbohrung eingebracht wird, überdeckt sind.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, wenn eine gegenüberliegend zur quer verlaufenden Nebenbohrung angeordnete Rückwand der Hauptbohrung, durch das Schutzmedium abgeschirmt wird, um ein unmittelbares Eintreffen des Laserstrahls auf die Rückwand zu verhindern. Dieser als Back-Wall-Protection bezeichnete Mechanismus dient einem effizienten Schutz der Bohrungsrückwand.
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Sobald die Hauptbohrung und/oder die Nebenbohrung neben dem Laserbearbeitungsverfahren mittels eines elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens bearbeitet werden oder wird, lassen sich Vorteile der kombinatorischen Bearbeitung realisieren. Hierauf wird nachfolgend noch detaillierter eingegangen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Schutzmedium durch eine Flüssigkeit realisiert. Diese bietet einen zuverlässigen Schutz gegenüber der hohen Energiedichte des Lasers. Aufgrund einer viel höheren Wärmekapazität als Luft, führt das Durchlaufen des Laserstrahls durch die Flüssigkeit statt zu einer Oberflächenbeschädigung lediglich zu einer Temperaturerhöhung der Flüssigkeit.
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Wenn es sich bei der Flüssigkeit um einen Elektrolyten handelt, der bei dem etwa zuvor eingesetzten elektrochemischen Bearbeitungsverfahren einem Ladungstransport in einem Arbeitsspalt dient oder wenn es sich bei der Flüssigkeit um Wasser handelt, lassen sich Synergieeffekte erzielen, die die Wirtschaftlichkeit steigern.
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Insbesondere dann, wenn die Flüssigkeit in der Hauptbohrung als Flüssigkeitssäule steht, ist ein Abschirmen der Rückwand zuverlässig gewährleistet.
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Alternativ kann die Flüssigkeit die Hauptbohrung mit einer einstellbaren Geschwindigkeit durchfließen. So ist ein stetiger Wärmeabtransport von den zu bearbeitenden Oberflächen garantiert. Auch eine temporär stehende Wassersäule, die schubweise aus der Hauptbohrung gefördert wird, ist Teil des erfinderischen Gedankens.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform schützt das Schutzmedium die Rückwand erstmals zu dem Zeitpunkt, an dem es zu einem Durchbruch des Laserstrahls zwischen der Nebenbohrung und der Hauptbohrung kommt. So ist zuvor ein Laserbohren ohne eine Interaktion der Flüssigkeit mit dem Laserstrahl möglich. Erst dann, wenn der Durchbruch erreicht ist, greift die Schutzfunktion der Flüssigkeit.
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Wenn die Nebenbohrung nach dem Durchbruch so lange weiterbehandelt wird, bis ein Mündungsbereich zwischen der Hauptbohrung und der Nebenbohrung vollständig bearbeitet ist, wobei die nicht zur Materialabtragung im Mündungsbereich eingesetzte Energie des Laserstrahls während dieses Verfahrens durch das Schutzmedium vollständig aufgenommen wird, ist eine sorgfältige Behandlung mit dem Laserstrahl ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft auch eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung einer Brennstoffleiteinheit oder eines Hydraulikbremsenbauteils mit einer Hauptbohrung und einer quer dazu verlaufenden Nebenbohrung, wobei die Werkzeugmaschine eine Bearbeitungseinheit besitzt, die zum Bearbeiten der Hauptbohrung und/oder der Nebenbohrung mittels eines Laserstrahls in einem Laserbearbeitungsverfahren hergestellt ist, die dadurch verbessert wird, dass die Werkzeugmaschine Fluidleitmittel besitzt, die ausgelegt sind, um in die Hauptbohrung ein Schutzmedium derart einzubringen, dass eine gegenüberliegend zur Nebenbohrung angeordnete Rückwand der Hauptbohrung vor dem Laserstrahl geschützt ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine zeiteffiziente Herstellung von einer Brennstoff- oder einer Hydraulikmittelleiteinheit zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe, insbesondere die Beseitigung oder Vermeidung von Graten und Ausrissen, wird dadurch gelöst, dass ein Eingang und/oder ein Ausgang eines Fluidleitkanals, etwa eines Brennstoffleitkanals oder eines Luftkanals, mittels eines geeigneten elektrochemischen Abtragverfahrens (ECM-Verfahren), etwa einem Precise Electromechanical Machining Verfahren (PECM-Verfahren), einem ECM-Senkverfahren oder einem statischen ECM-Abtragungsverfahren in Kombination mit dem Laserbearbeitungsverfahren vorzugsweise unmittelbar nacheinander in die Endform gebracht wird oder werden.
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Dass die Erfindung hierbei die Aufgabe löst, dass die hohen Energieeinträge, die die Bearbeitung mittels eines Laserbearbeitungsverfahrens auf die Bauteile wirken, keine schädlichen Auswirkungen auf bereits vollständig bearbeitete Oberflächen nehmen, ist bereits offenbart worden. So wird mittels des erfinderischen Gedankens eine sogenannte Back-Wall-Protection, also ein Schutz der Rückwand der (Haupt-)Bohrung, gewährleistet.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn zuerst ein ECM-Kessel eingebracht wird und dann in den ECM-Kessel mit einem Laserstrahl der restliche Fluidleitkanal, etwa nach Art eines Durchgangs- oder Sackloches, bspw. als Counter-Bohrung, in das metallische Material eines Grundkörpers eingebracht wird und erst danach der Eingang und/oder der Ausgang des Fluidleitkanals als ECM-Kessel mittels eines ECM-Bearbeitungsschrittes formverändert wird. Auf diese Weise kann eine besonders effiziente und qualitativ hochwertige Bearbeitung zur Minderung der Kosten bewirkt werden.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidleitkanal mittels eines Femto-Lasers oder eines Nano-Lasers gebohrt wird. Gerade der Einsatz eines Femto-Lasers hat den vorteilhaften Effekt, dass eine höhere Leistung pro Zeit zur Verfügung steht, und das Werkstück infolge der Bearbeitung nicht einmal warm wird. Thermische Spannungsverzüge werden dadurch verhindert.
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Um während des Betriebs Ausrisse zu vermeiden, ist es auch von Vorteil, wenn eine vom Fluidleitkanal abgehende Kante auf einen Wert α von größer 90° eingestellt wird, vorzugsweise auf einen Wert α zwischen 90° und 180°, vorzugsweise 120° +/- 0° oder +/- 10°. Dabei wird dieser Wert α über ein ECM-Verfahren eingestellt.
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Wenn der Fluidleitkanal als ein Teil einer Drosselleitung oder als Teil einer Düsenleitung ausgebildet wird, so ist ein mannigfaltiger Einsatz der Brennstoffleiteinheit möglich.
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Die Präzision der Brennstoffleiteinheit lässt sich theoretisch noch weiter steigern, wenn ein zusätzlicher Vorbearbeitungs-Verfahrensschritt eingesetzt ist, vorzugsweise nach dem ECM-Bearbeitungsschritt und/oder dem Laserbohrschritt.
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Wenn dem ECM-Bearbeiten und/oder dem Laserbohren ein mechanischer Vorbohrschritt zum Grobanlegen des Fluidleitkanals vorgeschaltet ist, so lässt sich der Fluidleitkanal schneller und präziser in einen Zustand bringen, der einen besonders lang andauernden und dabei ausfallsicheren Betrieb sicherstellt.
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Um auch die Oberfläche adäquat bearbeiten zu können, ist es von Vorteil, wenn wenigstens ein Wärmebehandlungsschritt, wie ein Härteschritt oder ein Anlassschritt oder vorzugsweise beide Schritte, und/oder ein Waschvorgang nachgeschaltet ist. Die Qualität wird dadurch erhöht und das Handling erleichtert.
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Gerade zum Realisieren einer Drossel ist es von Vorteil, wenn der (erste) Fluidleitkanal schräg, vorzugsweise senkrecht / orthogonal, in einen weiteren (zweiten) Fluidleitkanal mündet.
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Es hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn das ECM- und Laserbohrverfahren in einer einzigen Maschine / Werkzeugmaschine durchgeführt wird, vorzugsweise umspannfrei.
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Um ungewollte Beschädigungen im Werkstoff der Brennstoffleiteinheit zu verhindern, ist es von Vorteil, wenn während des Laserbohrens ein Fluid mit mäßig hohem Lichtbrechverhalten, insbesondere im Vergleich zu Süßwasser, durch einen den Laserstrahl kreuzenden zweiten Fluidleitkanal geleitet wird oder dort statisch angeordnet wird, insbesondere im Bereich des Laserstrahlaustritts aus dem ersten Fluidleitkanal.
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Wenn Salzwasser mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 5 l/min vorzugsweise 0,2 l/min, und einem Druck von (1 bis 16 bar) 1MPa bis 16 MPa, vorzugsweise (10 bar) 10 MPa, hindurch gepumpt wird, so wird eine besonders schnelle Bearbeitung bei Ausschluss von Beschädigungen möglich.
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Es ist auch von Vorteil, wenn der erste und/oder der zweite Fluidleitkanal einen kreisrunden, oder elliptischen oder polygonalen Querschnitt oder eine Mischung daraus besitzt. Ebenso ist ein Querschnitt mit rundem Grundquerschnitt, der mit radialen Erweiterungen versehen ist, denkbar, um höheren Drücken standzuhalten.
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Wenn der Fluidleitkanal im Längsschnitt parallel oder konisch oder doppelkonisch verlaufende Flanken / Seiten besitzt, oder sogar Kombinationen aus diesen drei Varianten oder auch nur zwei dieser Varianten, so wird ein besonders gutes Fluidleitverhalten gezeitigt.
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Wenn der mit dem ECM-Verfahren eingebrachte ECM-Kessel eine konkave oder eingebauchte oder trompetenförmige Ausprägung / Form besitzt, so wird die Bearbeitung erleichtert und im späteren Betrieb auch etwaige Erosionen / Kavitäten ausgeschlossen oder zumindest gemindert.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Brennstoffleiteinheit als Einspritzdüse oder als Hydraulik-Drossel ausgeformt wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine solche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Brennstoffleiteinheit.
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Gerade durch die Kombination von ECM, also einem anodischen Auflösen, und dem Laserbearbeitungsverfahren wird ein solches Produkt geschaffen, das weit über das zu Erwartende hinausgeht. Die Effekte sind besser, als wenn jedes Verfahren nur für sich einzeln hergenommen würde und die Kombination hat Effekte, die besser als erwartbar sind. Dabei bietet sich eigentlich ein getaktetes Bearbeiten mittels ECM und Laser an. Eine Counter-Bohrung, nach Art eines Sackloches, mit lasereingebrachter Bohrung bei einer Düse ist dabei besonders vorteilhaft. Dabei kann ein Voreinstellen des künftigen Winkels der Oberflächen, d.h. der ECM-geschaffenen Oberflächen zur lasergeschaffenen Oberfläche, vorbestimmt erreicht werden, was eine Kavitationsverhinderung im mit Druckfluid durchflossenen Zustand nach sich zieht.
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Dabei sind grundsätzlich Winkel von mehr als 90° kavitationsvermeidend. Zuerst sollte ein mechanisches Bohren stattfinden, dann eine ECM-Bearbeitung, dann ein Laserbohren mit nachfolgender Wärmebehandlung (Härten / Anlassen) und/oder ein Waschen. Die Geometrie der Löcher sollte zylindrisch, gerade / schräg, im Querschnitt rund / elliptisch oder beliebig ähnlich sein. Ein Längsschnitt sollte parallele Flanken, konische oder doppelkonische Flanken erkennbar lassen. Neben der Kosteneinsparung, insbesondere durch Vermeidung einer somit notwendigen Kalibrierung / präzisen Voreinstellung einer Eingangsrundung in das Loch, wird dadurch die Wiederholgenauigkeit verbessert, was sich gerade auch beim Einsatz einer Hydraulikdrossel vorteilhaft auswirkt. Beim Kalibrieren betragen die Bearbeitungsdrücke des Elektrolyts das 4- bis 8-fache, vorzugsweise das 6-fache des Elektrolytdrucks beim ECM-Bohren, um eine größtmögliche Präzision zu ermöglichen.
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In eine kleine ECM-geschaffene Trompete / Kessel kann möglichst längsachsenparallel dazu eine Laserlocheinbringung stattfinden.
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Der Erosionskanal an sich weist im Wesentlichen einen ovalen Querschnitt auf, dessen Breite in einer Ausführungsform etwa 5 mm und dessen Höhe in jener Ausführungsform etwa 2 mm beträgt. In weiteren Ausführungsformen sind andere Dimensionen möglich. So erfasst der erfinderische Gedanken sämtliche Dimensionen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst werden können. Vorzugsweise beträgt die Breite zwischen 2 mm und 8 mm und die Höhe zwischen 1 mm und 2 mm.
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Als Schutzmaterial für die Back-Wall-Protection bieten sich neben der Flüssigkeit insbesondere Metalle an, da diese eine hohe Verträglichkeit gegenüber den Laserstrahlen aufweisen. Ein sogenannter Metallstab bietet Schutz vor einer Beschädigung der Rückwand.
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Alternativ zu der Ausgestaltung mittels Metallstäben ist die eingangs erwähnte Möglichkeit der Flüssigkeit offenbart.
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Aufgrund ihrer hohen Wärmekapazität nimmt die Flüssigkeit, die in der Hauptbohrung etwa als Säule steht, die Energie des Laserstrahls, der gerade die Querbohrung fertigstellt und somit den Durchbruch erlangt, auf. Somit geht die Energie des Lasers nicht in die Oberfläche der Hauptbohrung über, an der sie somit einen Abtrag erzeugen würde, sondern erwirkt lediglich eine Erwärmung der Flüssigkeit.
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Als Flüssigkeit eignen sich verschiedene Medien.
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Zum einen bietet sich ein Elektrolyt an, das zuvor bei dem ECM-Verfahren den Stromfluss zwischen der Anode und der Kathode ermöglicht hat. Somit ist kein zusätzlicher Verfahrensschritt durchzuführen, damit die Flüssigkeit in die Hauptbohrung gelangt, was logistische Vorteile birgt.
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Alternativ wäre auch ein Auffüllen der Hauptbohrung mit Wasser möglich. Wasser zeichnet sich durch die Abwesenheit jeglicher metallischer Bestandteile aus. Somit sind durch die Laserenergie keine Teilchen aufladbar, die eine Herabsetzung der Oberflächenqualität der Hauptbohrung bewirken könnten. Zusätzlich birgt Wasser den Vorteil einer hohen Wirtschaftlichkeit, da es in der Beschaffung günstig ist.
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Besonders vorteilhaft wäre es hierbei, das während des Laserbohrens eingesetzte Kühlwasser, das sich in einem Kreislauf befindet, auch für den Wandschutz der Hauptbohrung einzusetzen. So fänden sich Synergieeffekte hinsichtlich der Verfügbarkeit sowie der Auslastung.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, wobei dort unterschiedliche Ausführungsbeispiel dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch eine Brennstoffleiteinheit mit einem ersten Fluidleitkanal und einem zweiten Fluidleitkanal,
- 2 eine Vergrößerung des Bereiches II aus 1, nach Nutzung des kombinatorischen ECM- und Laserbearbeitungsverfahrens,
- 3 der Mündungsbereich der zwei Fluidleitkanäle aus Fig. 1 während der kombinatorischen Bearbeitung mit dem Ergebnis aus 2,
- 4 eine Draufsicht auf eine Brennstoffleiteinheit nach Art einer Einspritzdüse, bspw. für einen Dieselmotor mit wärmebehandelter Oberfläche in einer Darstellung von oben,
- 5 einen Längsschnitt entlang der Linie V aus 4,
- 6 einen Längsschnitt durch die Einspritzdüse aus 4 entlang der Linie VI,
- 7 einen Längsschnitt durch die Einspritzdüse aus 4 entlang der Linie VII,
- 8 eine Draufsicht auf einen Grundkörper in einer weiteren Ausführungsform,
- 9 eine Draufsicht auf den Grundkörper von der der 8 entgegengesetzten Richtung,
- 10 den Grundkörper aus 8 in einer perspektivischen Ansicht,
- 11 einen Querschnitt durch den Grundkörper aus 8,
- 12 eine schematische Ansicht eines Laserbohrschrittes mit einem Metallstab als Wandschutz,
- 13 eine schematische Ansicht eines Laserbohrschrittes mit einer Flüssigkeit als Wandschutz, und
- 14 eine schematische Ansicht eines Laserbohrschrittes mit einer fließenden Flüssigkeit als Wandschutz.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander ausgetauscht werden.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffleiteinheit 1 dargestellt. Die Brennstoffleiteinheit 1 ist nur im Ausschnitt dargestellt, und zwar in einem längsgeschnittenen Ausschnitt. Die Brennstoffleiteinheit 1 ist als Drossel 2 ausgebildet. Sie kann aber genauso gut auch als Einspritzdüse ausgebildet werden, insbesondere für einen Ottomotor oder einen Dieselmotor. Im vorliegenden Fall des Ausführungsbeispiels gibt es zwei Fluidleitkanäle 3. Dabei münden die beiden Fluidleitkanäle 3 in einen Winkel β zusammen. Der Winkel β wird durch das Zusammentreffen der jeweiligen Längsachsen 4 definiert. Jeder Fluidleitkanal 3 besitzt einen Eingang 5 und einen Ausgang 6. Üblicherweise ist der Fluidleitkanal 3 zum Leiten eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, insbesondere Brennstoff oder einem Hydraulikmedium, wie Öl vorbereitet. Es kann aber auch Luft hindurchgeleitet werden. Durchaus bedeutsam ist, dass hier noch die Präzision des jeweiligen Durchmessers des Fluidleitkanals 3 absolut, insbesondere aber auch über die Länge gesehen exakt vorbestimmt ist.
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In einem Mündungsbereich 7 mündet der Ausgang 6 des schräg zum größeren Fluidleitkanal 3 ausgerichteten kleineren Fluidleitkanals, in den größeren Fluidleitkanal 3 ein. In dem Mündungsbereich 7 ist mittels eines ECM-Verfahrens, insbesondere eines ECM-Senkverfahrens, PECM-Verfahrens oder statischem ECM-Verfahrens eine Vertiefung 8 nach Art eines ECM-Kessels 9 eingebracht. Dabei wird eine so genannte ECM-Freiformfläche 10 geschaffen. Im vorliegenden Fall wurde erst die ECM-Freiformfläche 10 mittels des ECM-Verfahrens eingebracht und dann mittels eines Laserbohrverfahrens vom Eingang 5 aus der Fluidleitkanal 3 in Gänze, also bis in den Mündungsbereich 7 hinein, insbesondere durch die ECM-Freiformfläche 10 hindurch, eingebracht.
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Es ist dabei wünschenswert, dass ein durchmesserkleinerer, selbst zu dem schräg angeordneten Fluidleitkanal 3, ausgestalteter Fluidleitkanal, insbesondere nach Art einer Vorbohrung 11 eingebracht ist. Danach wird das Schaffen des ECM-Kessels 9 durchgeführt, gefolgt von der Herstellung einer Laserbohrung 11, die dann zusammen mit dem ECM-Kessel 9 den gesamten Fluidleitkanal 3 definiert.
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Während sonst, wie in 2 zu sehen, auch im Mündungsbereich 7 ein Winkel β von ca. 30° zu erwarten wäre, liegt nun tatsächlich in dem Material eines die Brennstoffleiteinheit 1 ausbildenden Grundkörpers 12 ein Winkel α von ca. 90° oder mehr vor, im vorliegenden Fall ca. 135°. Auch Werte von 160°, 150°, 140°, 130°, 120°, 110° und 100° haben sich bewährt. Besonders bevorzugt ist der Wert von 122,7°.
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In 3 ist die Reihenfolge des Herstellens genau vice versa gewählt, so wurde erstens mittels einer Laserbohrung 11 der Fluidleitkanal 3 vorgefertigt und dann im Mündungsbereich 7 ein ECM-Kessel 9 eingebracht, um die ECM-Freiformfläche 10 auszuformen. Das dann abgetragene Material ist mit dem Bezugszeichen 13 und einer Kreuzschraffur gekennzeichnet.
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In den in den 4 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Brennstoffleiteinheit 1 sind zwei Fluidleitkanäle 3 vorhanden, wobei jeder der Fluidleitkanäle 3 jeweils einen Eingang 5 und einen Ausgang 6 besitzen. Ferner gibt es Befestigungslöcher 14, nach Art von Sacklöchern. Allerdings können die Befestigungslöcher 14 auch anders ausgebildet werden, bspw. auch als Durchgangslöcher. Wie in 5 gut zu erkennen ist, gibt es zwei Mündungsbereiche 7 von jeweils zwei Fluidkanälen 3, wobei der kleinste auch als Stichkanal 15 bezeichnet werden kann. Immer in den jeweiligen Mündungsbereichen 7 besteht die Möglichkeit der Bearbeitung mit dem kombinierten ECM-Laserverfahren nacheinander, wobei es wünschenswert ist, erst die Laserbohrung 11 einzubringen und dann die ECM-Freiformfläche 10 auszugestalten oder vice versa.
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In den 6 und 7 wird die Möglichkeit der Bearbeitung in den jeweiligen Mündungsbereichen 7 ebenfalls angedeutet.
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In 8 ist der Grundkörper 12 in einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht dargestellt. Der Grundkörper 12 weist drei Mündungsbereiche 7 auf, die jeweils einen ECM-Kessel 9 mit einem Fluidleitkanal 3 verbinden. Die drei Fluidleitkanäle 3 weisen jeweils unterschiedliche Durchmesser auf, wie es bereits aus den vorstehend vorgestellten Figuren bekannt ist. Die Mündungsbereiche 7 sowie die Fluidleitkanäle 3 sind über das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt.
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In 9 ist der Grundkörper von der anderen Seite dargestellt. Wie etwa auch der Schnittzeichnung aus 7 zu entnehmen ist, ist auf jener Seite des Grundkörpers 12 nur ein Mündungsbereich 7 ausgebildet. In einem Stadium, in dem der Grundkörper vollständig bearbeitet ist, ist jener Mündungsbereich etwa über einen Stichkanal 15 mit einem Fluidleitkanal 3 verbunden.
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Der Grundkörper aus 8 ist in 10 perspektivisch dargestellt. Die ECM-Kessel 9 sind sphärisch ausgestaltet und zeichnen sich durch ein hohes Maß an Oberflächenglätte aus. Die Fluidleitkanäle 3 sind derart mit dem Kessel 9 verbunden, dass der Übergang scharfe Kanten vermeidet. Die drei Kessel 9 liegen vorzugsweise auf einer Linie.
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11 zeigt den Grundkörper 12 aus 10 in einem Querschnitt. Jeder Kessel 9 ist hierbei für die jeweiligen Anforderungen angepasst. So weisen sie etwa eine unterschiedliche Tiefe auf und unterscheiden sich auch in der Position, an der der jeweilige Fluidleitkanal 3 angreift. Der in 11 rechts dargestellte Fluidleitkanal 3 ist mittels eines Stichkanals 15 mit dem Mündungsbereich 7 verbunden.
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Der zentral angeordnete Fluidleitkanal 7 weist einen innerhalb des Grundkörpers angeordneten Mündungsbereich 7 auf. Dieser wird mittels des Verfahrens, wie es ausführlich in Zusammenhang mit den 1 bis 3 beschrieben worden ist, gefertigt.
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In 12 ist eine Hauptbohrung 16 mit einer Nebenbohrung 17, die zu dieser in einem Winkel ungleich 90° angeordnet ist, dargestellt. Die Nebenbohrung 17 stellt eine Laserbohrung 11 dar. Ein Laserstrahl 20 trifft hierbei auf einen Metallstab 18, der eine Rückwand 19 der Hauptbohrung 16 bedeckt. Der Metallstab 18 nimmt somit die Energie des Laserstrahls 20 auf und vermeidet somit einen Abtrag von Material in der Rückwand 19 der Hauptbohrung 16. Der Metallstab 18 ist eine Ausführungsform des Schutzmediums 22.
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Nach einer gewissen Zeit an Laserbearbeitung wird sich auch auf dem Metallstab 18 ein Abtrag bemerkbar machen. Sobald dies der Fall ist, wird der Metallstab 18 durch einen anderen ersetzt, um die Rückwand 19 weiterhin zu schützen.
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In 13 ist die Anordnung aus 12 mit einer Flüssigkeit 21 als Schutzmedium 22 dargestellt. Bevor es zu einem Durchbruch der Nebenbohrung 17 durch den Laserstrahl 20 kommt, ist ausschließlich die Hauptbohrung 16 mit der Flüssigkeit 21 gefüllt. So ist hier eine Flüssigkeitssäule 24. Sobald der Laserstrahl 20 den Durchbruch bei der Nebenbohrung 17 bzw. Querbohrung erreicht, übernimmt die Flüssigkeit 21 die Schutzfunktion der Rückwand 19 der Hauptbohrung 16.
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Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass sich als Nebeneffekt des Rückwandschutzes lediglich die Flüssigkeit 21, die etwa durch einen Elektrolyten oder durch Wasser verwirklicht sein kann, erwärmt. Ein Austauschen der Flüssigkeit, wie es etwa bei dem Metallstab 18 aus 12 der Fall ist, ist hierbei nicht notwendig.
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Weiterhin bietet die Flüssigkeit 21 einen zuverlässigen und weiterhin materialschonenden Schutz der Rückwand 19 der Hauptbohrung 16.
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In 14 ist die Ausführungsform aus 13 gezeigt, wobei hier keine Flüssigkeitssäule 24 steht, sondern die Flüssigkeit 21 entlang einer Strömungsrichtung 23 fließt. Jene Strömungsrichtung 23 ist ebenso wie die Strömungsgeschwindigkeit variierbar. Insbesondere ist es möglich, die Rückwand 19 lediglich mit einem Flüssigkeitsfilm zu überziehen, der dann das Schutzmedium 22 darstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennstoffleiteinheit / Hydraulikmittelleiteinheit / Hydraulikbremseneinheit
- 2
- Drossel
- 3
- Fluidleitkanal
- 4
- Längsachse
- 5
- Eingang
- 6
- Ausgang
- 7
- Mündungsbereich
- 8
- Vertiefung
- 9
- ECM-Kessel
- 10
- ECM-Freiformfläche
- 11
- Laserbohrung
- 12
- Grundkörper
- 13
- vernichtetes Material
- 14
- Befestigungsloch
- 15
- Stichkanal
- 16
- Hauptbohrung
- 17
- Nebenbohrung
- 18
- Metallstab
- 19
- Rückwand
- 20
- Laserstrahl
- 21
- Flüssigkeit
- 22
- Schutzmedium
- 23
- Strömungsrichtung
- 24
- Flüssigkeitssäule
