DE19832774A9 - Schutzvorrichtung zum Herstellen von Kleinstbohrungen in rohrartigen Bauteilen, insbesondere in Kraftstoff-Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen, sowie Verfahren zum Herstellen von in einen Hohlraum mündenden Bohrungen, insbesondere von Kleinstbohrungen, in rohrförmigen Werkstücken, insbesondere in Kraftstoff-Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Schutzvorrichtung zum Herstellen von Kleinstbohrungen in rohrartigen Bauteilen, insbesondere in Kraftstoff-Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen, sowie Verfahren zum Herstellen von in einen Hohlraum mündenden Bohrungen, insbesondere von Kleinstbohrungen, in rohrförmigen Werkstücken, insbesondere in Kraftstoff-Einspritzdüsen für BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Schutzvorrichtung zum Herstellen von Kleinstbohrungen in rohrartigen Bauteilen sowie Verfahren zum Herstellen von in einen Hohlraum mündenden Bohrungen, insbesondere Kleinstbohrungen, in rohrförmigen Werkstücken.$A Mikrobohrungen werden durch spanende oder elektroerosive Bearbeitung hergestellt. Solche Verfahren sind zeitaufwendig und werkzeugintensiv sowie relativ ungenau.$A Um die Kleinstbohrungen kostengünstig und genau herstellen zu können, ist die Schutzvorrichtung als Hohlkörper ausgebildet, der für Laserstrahlen mindestens teilweise wenigstens energieverringernd ausgebildet ist. Bei dem Verfahren zum Herstellen von in einen Hohlraum mündenden Kleinstbohrungen wird die Wandung des Werkstückes zur Herstellung der Bohrung mit einem Laserstrahl durchdrungen. Der Laserstrahl wird nach dem Durchdringen der Wand innerhalb des Hohlraumes so weit in seiner Energie verringert, daß er die der hergestellten Bohrung gegenüberliegende Wandung des Hohlraumes des Werkstückes nicht beschädigt. Durch die Verwendung der Schutzvorrichtung ist es möglich, in Einspritzdüsen Bohrungen zuverlässig und kostengünstig einzubringen, deren Durchmesser im Mikrobereich liegt.$A Die Schutzvorrichtung ermöglicht eine industrielle Nutzung des Laserbohrens bei Einspritzdüsen oder dergleichen.
Description
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung zum Herstellen von Kleinstbohrungen in rohrartigen Bauteilen nach
Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen von solchen Kleinstbohrungen nach dem Oberbegriff des Anspruches
15.
Mikrobohrungen werden durch spanende oder elektroerosive
Bearbeitung hergestellt. Solche Verfahren sind zeitaufwendig, werkzeugintensiv und außerdem relativ ungenau.
Schließlich können mit solchen Verfahren auch nur Werkstückbohrungen mit kreisförmigen Durchmesser hergestellt
werden. Darüber hinaus haben die Bohrungswände nach der Herstellung eine relativ hohe Rauhigkeit.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kleinstbohrungen kostengünstig und genau herstellen zu können.
Diese Aufgabe wird bei der Schutzvorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 und
beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 15 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Schutzvorrichtung sowie des Verfahrens wird der nach der Herstellung
der Mikrobohrung aus der Wandung des Werkstückes austretende Laserstrahl in seiner Energie so stark verringert,
daß der Laserstrahl zu keiner Beschädigung des Werkstükkes sowie der Schutzvorrichtung führt. Mit dem Laserstrahl
lassen sich hochgenaue Mikrobohrungen herstellen, deren Wandung sehr glatt ist. Die Lebensdauer der Schutzvorrichtung
kann vorteilhaft dadurch verlängert werden, daß sie mit Druckluft beaufschlagt und/oder an diese ein Vakuum angelegt
wird, was zu einer Kühlung der Schutzvorrichtung führt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 im Axialschnitt eine Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen,
Fig. 2 in vergrößerter Darstellung das Düsenende der Kraftstoff-Einspritzdüse gemäß Fig. 1 mit einer in der Düse
angeordneten erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung während der Herstellung von Bohrungen in der Einspritzdüse.
Die in Fig. 1 dargestellte Einspritzdüse 1 dient zum Einspritzen
von Kraftstoff in Brennkraftmaschinen. Die Einspritzdüse i weist in bekannter Weise einen verjüngten, zylindrischen
Düsenkörper 2 auf, der beispielhaft einen Durchmesser von etwa 4 mm hat und an seinem freien Ende
in einen Spritzkegel 3 übergeht. Der Düsenkörper 2 dient zur Vor- und Haupteinspritzung des Kraftstoffes. In den
Spritzkegel 3 werden mehrere Einspritzbohrungen 4 eingebracht, die sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch angeordnet
sein können. Bei diesen Einspritzbohrungen handelt es sich um Mikrobohrungen mit einem Durchmesser
von etwa 0,10 bis 0,18 mm, die hochgenau bearbeitet werden müssen. Hierzu werden energiereiche, hochgepulste
Spezial-Laser verwendet. Zur Herstellung der Einspritzbohrungen 4 wird mit einem Laserstrahl 11 die Wandung 12 des
Spritzkegels 3 durchbrochen. Der Laserstrahl 11 hat eine so hohe Energie, daß er die Wandung 12 unter Bildung der Mikrobohrung
4 durchbricht. Nach dem Durchtritt durch die Wandung 12 hat der Laserstrahl 11 hoch so viel Energie, daß
er den gegenüberliegenden Bereich der Innenwand 5 beschädigen würde. Um eine solche Beschädigung durch den
Laserstrahl 11 zu vermeiden, wird in die Bohrung 7 des Dusenkörpers
2 eine Schutzvorrichtung 8 (Fig. 2) eingeführt, die sich bis an den Boden des Spritzkegels 3 erstreckt.
Die Schutzvorrichtung 8 ist als Rohr ausgebildet, das in einer Kegelspitze 9 mündet. Sie weist eine Öffnung 10 auf,
durch die der Laserstrahl 11 nach dem Durchbrechen der Wand 12 des Spritzkegels 3 gelangt. Vorzugsweise besteht
die Schutzvorrichtung 8 aus hochfestem Glas. Die Kegelspitze 9 ist vorzugsweise an einen Rohrkörper 13 der
Schutzvorrichtung 8 angeschmolzen. Dadurch wird eine einwandfreie Verbindung zwischen der Kegelspitze 9 und
dem Rohrkörper 13 gewährleistet.
Der der Öffnung 10 gegenüberliegende Bereich der Schutzvorrichtung 8 ist mit einer Reflexionsschicht 14 versehen,
an der der durch die Öffnung 10 eintretende Laserstrahl 11 reflektiert wird. Die Reflexionsschicht 14 erstreckt
sich vorteilhaft über die gesamte Innenwandung des Rohrkörpers 13 sowie der Kegelspitze 9, so daß die Innenwandung
der Schutzvorrichtung 8 vollständig mit dem reflektierenden Material bedeckt ist. Die Reflexionsschicht 14 besteht
aus einer Gold- oder Silberschicht, die vorteilhaft auf die Innenwand der Kegelspitze 9 und des Rohrkörpers 13
aufgedampft ist. Als Reflexionsschicht 14 kann auch eine Kupferschicht bzw. -beschichtung oder eine Molybdänschicht
bzw. -beschichtung verwendet werden, die entsprechend poliert sind. Die Reflexionsschicht 14 reflektiert den
Laserstrahl 11 in der in Fig. 2 dargestellten Weise, so daß dieser an Energie und damit an Wirksamkeit verliert. Wie
Fig. 2 zeigt, wird der Laserstrahl 11 nach dem Eintritt in der Schutzvorrichtung 8 an der Reflexionsschicht 14 hin- und
her reflektiert und auf diese Weise aus der Schutzvorrichtung herausgeführt bzw. in seiner Energie verringert.
Vorzugsweise ist der Ringraum 16, der zwischen der Innenwandung 17 des Düsenkörpers 2 und der Außenwand 18
der Schutzvorrichtung 8 gebildet ist, mit Druckluft beaufschlagt. Dadurch kann eine Überhitzung der Schutzvorrichtung
8 durch den Laserstrahl 11 vermieden werden. Der Innenraum der Schutzvorrichtung 8 kann in Abhängigkeit von
Länge und Querschnitt an eine Vakuumquelle angeschlossen werden, was in Verbindung mit der Entspannung der
Druckluft im Ringraum 16 zu einem Kühleffekt im Bereich der Öffnung 10 der Schutzvorrichtung 8 führt. Außerdem
hat die Verbindung der Schutzvorrichtung 8 mit der Vakuumquelle den Vorteil, daß aber die Bohrung 19 Metalldämpfe
und Schmelzpartikel, die beim Herstellen der Einspritzbohrungen entstehen, auf einfache Weise abgesaugt
werden können. Durch die beschriebene Zwangskühlung mittels des Vakuums kann die Einsatzdauer der Schutzvorrichtung
8 erheblich verlängert werden.
Wie bereits erwähnt, kann die Schutzvorrichtung auch aus einem anderen Material als aus Glas bestehen, wie zum
Beispiel aus demselben Material wie die Reflexionsschicht. In jedem Fall muß der Werkstoff jedoch Reflexionseigenschaften
aufweisen. So kann die Schutzvorrichtung 8 aus massivem poliertem Kupfer oder Molybdän bestehen.
Die beschriebene Schutzvorrichtung 8 wird vor der Herstellung der Einspritzbohrungen 4 in Richtung des Pfeiles P
in Fig. 1 in die Einspritzdüse 1 eingeführt, bis sie mit ihrer Kegelspitze 9 am Grund der Sacklochbohrung 7 der Einspritzdüse
1 anliegt. Danach wird die Schutzvorrichtung 8 so verdreht, daß ihre Öffnung 10 so liegt, daß sie unterhalb
der zu bohrenden Einspritzbohrung 4 zu liegen kommt. Anschließend wird mit dem Laserstrahl 11 die Mikrobohrung 4
im Spritzkegel 3 der Einspritzdüse 1 hergestellt. Nach dem Durchdringen der Wandung 12 tritt der Laserstrahl 11 durch
die Öffnung 10 in die Schutzvorrichtung 8 ein und wird dort, wie zuvor beschrieben, an der reflektierenden Schicht 14 reflektiert,
wobei er an Energie und Wirksamkeit verliert. Gleichzeitig wird der Ringraum 16 mit Druckluft beaufschlagt,
um eine Kühlung der Schutzvorrichtung 8 zu erreichen. Darüber hinaus wird der Innenraum 19 der Schutzvorrichtung
8 unter Vakuum gesetzt um die Kühlwirkung der
Druckluft noch zu verstärken und außerdem in die Schutzvorrichtung
eindringende Schmutzteilchen, wie Metalldampf und Schmelzpartikel, zu entfernen.
Durch die Verwendung der Schutzvorrichtung 8 in der beschriebenen Weise, ist es möglich, in rohrähnlichen Bauteilen,
wie Einspritzdüsen, Bohrungen zuverlässig und kostengünstig einzubringen, deren Bohrungsdurchmesser im Mikrobereich
liegt. Die beschriebene Schutzvorrichtung ermöglicht eine industrielle Nutzung des Laserbohrens bei
Einspritzdüsen oder ähnlichen Bauteilen.
Claims (20)
1. Schutzvorrichtung zum Herstellen von Kleinstbohrungen in rohrartigen Bauteilen, insbesondere Kraftstoff-Einspritzdüsen
für Brennkraftmaschinen, wobei die Schutzvorrichtung (8) als Hohlkörper ausgebildet
ist, der für Laserstrahlen (11) mindestens teilweise wenigstens energieverringernd ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtung (8) für Laserstrahlen
(11) mindestens teilweise reflektierend ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reflexion an der Innenwandung (17)
der Schutzvorrichtung (8) eine reflektierende Schicht (14) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus bruchfestem Glasmaterial
besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rohrkörper (13)
aufweist, dessen Endbereich (9) als Kegelspitze (9) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (9) an den Rohrkörper
(13) angeschmolzen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtung (8) im Endbereich
(9) mindestens eine Eintrittsöffnung (10) für den Laserstrahl (11) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (9) mindestens
in einem der Eintrittsöffnung (10) gegenüberliegenden Bereich (15) mit der reflektierenden Schicht
(14) versehen ist
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die reflektierende
Schicht (14) über die gesamte Innenwandung (17) der Schutzvorrichtung (8) erstreckt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht
(14) auf die Innenwandung (17) aufgedampft ist, vorzugsweise aus metallischem Werkstoff besteht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht
(14) aus einer Silber-, Gold-, Kupfer- oder Molybdänbeschichtung besteht.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtung (8)
aus metallischem Werkstoff besteht, vorzugsweise aus Kupfer oder Molybdän.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der Schutzvorrichtung (8)
poliert ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie an ihrem vom Endabschnitt
(9) abgewandten Ende an eine Vakuumvorrichtung anschließbar ist.
15. Verfahren zum Herstellen von in einen Hohlraum mündenden Bohrungen, insbesondere von Kleinstbohrungen,
in rohrförmigen Werkstücken, insbesondere in Kraftstoff-Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (12) des Werkstückes (1) zur Herstellung der Bohrung (4) mit
einem Laserstrahl (11) durchdrungen wird, und daß der Laserstrahl (11) nach dem Durchdringen der Wandung
(12) innerhalb des Hohlraumes (7) so weit in seiner Energie verringert wird, daß er die der hergestellten
Bohrung (4) gegenüberliegende Wandung (5) des Hohlraumes (7) des Werkstückes (1) nicht beschädigt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlraum (7) des Werkstückes (1)
eine Schutzvorrichtung (6) eingeführt wird, an der der Laserstrahl (11) nach dem Durchdringen der Wandung
(12) des Werkstückes (1) reflektiert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (11) an der Schutzvorrichtung
(8) durch Mehrfachreflexion aus dem Bearbeitungsbereich herausgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen der Wandung
(17) des Hohlraumes (7) des Werkstücks (1) und der Außenwandung (18) der Schutzvorrichtung (8) gebildeter
Ringraum (16) mit Druckluft beaufschlagt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (19) der
Schutzvorrichtung (8) unter Vakuum gesetzt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (11) nach
Herstellen der Bohrung (4) durch eine Öffnung (10) in einen Hohlraum (19) der Schutzvorrichtung (8) eindringt
und dort so reflektiert wird, daß er an Energie verliert.
Hierzu 1 Seite(n) Zeichnungen
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