DE19953131A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kantenverrunden - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum KantenverrundenInfo
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Abstract
Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verrunden von Kanten vorgeschlagen, bei denen eine erosive Flüssigkeit das Verrunden von Kanten auch an schwer zugänglichen Stellen oder mit komplizierter Geometrie erlaubt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu Verrunden von Kanten nach dem Oberbegriff des
nebengeordneten Anspruchs 5.
In vielen mechanisch, thermisch oder in sonstiger Weise
hoch belasteten Bauteilen treten im Bereich von Kanten
aller Art Spannungsspitzen auf, die das Risiko eines
Bauteilversagens in sich bergen. Es ist seit langem
bekannt, diese Spannungsspitzen durch das Anbringen von
Freistichen und/oder Radien mindestens teilweise abzubauen
und somit die Belastungsgrenze des Bauteils nach oben zu
verschieben. Bei vielen Bauteilen stößt diese
Vorgehensweise an Grenzen, da die erforderlichen
Schneidwerkzeuge, wie Drehmeissel, Radienfräser,
Schleifkörper odgl., einen gewissen Platzbedarf haben, der
nicht immer befriedigt werden kann. Beispielsweise sind bei
Kraftstoffeinspritzsystemen verschiedene hoch belastete
Bauteile vorhanden, die für die o. g. Werkzeuge nicht oder
nur mit erheblichem Aufwand zugänglich sind.
Bei anderen Bauteilen, wie z. B. Einspritzdüsen, ist das
Vorhandensein definiert verrundeter Kanten wichtig, um den
Strömungswiderstand des Bauteils in einem engen
Toleranzbereich zu halten. Auch für diese Gruppe von
Bauteilen steht bislang kein Verfahren und keine
Vorrichtung bereit, um mit hoher Wiederholgenauigkeit und
zu geringen Kosten die für den Strömungswiderstand
maßgeblichen Kanten zu verrunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
bereitzustellen, mit dessen Hilfe Kanten auch an
unzugänglichen Stellen mit großer Wiederholgenauigkeit und
zu günstigen Kosten verrundet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein
Verfahren zum Kantenverrunden, bei welchem die zu
verrundende Kante mit einer erosiven Flüssigkeit umströmt
wird.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass nahezu an beliebigen
Stellen von Bauteilen evtl. vorhandene Kanten auch mit
komplizierter Geometrie verrundet werden können. Dabei ist
der apparative Aufwand überschaubar, die Bearbeitungsdauer
gering und die Qualität der Verrundung hoch. Außerdem
entstehen nur geringe Kosten. Durch eine kontinuierliche
Mengenmessung der erosiven Flüssigkeit, wird eine hohe
Prozeßsicherheit erreicht. Der Materialabtrag ist an
Kanten, aufgrund der idR erhöhten Strömungsgeschwindigkeit,
am größten, so dass an den anderen mit der erosiven
Flüssigkeit beaufschlagten Stellen, keiner oder nur ein
sehr geringer Materialabtrag erfolgt. Das
Strömungsverhalten der erosiven Flüssigkeit enspricht bei
durchströmten Bauteilen, wie z. B.
Hochdruckkraftstoffspeichern von
Kraftstoffeinspritzsystemen, dem des Kraftstoffs im
Betrieb, so dass das erfindungsgemäße Verrunden
gleichzeitig ein künstliches Altern des Bauteils bewirkt.
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich der zu
verrundenden Kante gegenüber der durchschnittlichen
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, so dass im
Bereich der zu verrundenden Kante ein besonders großer
Materialabtrag erzielt wird.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird in die
Flüssigkeit ein Körper eingebracht, dessen Oberfläche mit
der zu verrundenden Kante einen Spalt bildet, so dass die
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich der zu
verundenden Kante gegenüber der durchschnittlichen
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und damit der
Materialabtrag weiter erhöht wird.
In Ergänzung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die
Strömungsrichtung der Flüssigkeit und die Längsachse der zu
verrundenden Kante einen Winkel, insbesondere von 90°,
einschließen, so dass der Materialabtrag weiter
intensiviert wird.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 4 mit einer Förderpumpe für die erosive
Flüssigkeit und mit einer hydraulischen Verbindung zwischen
Förderpumpe und dem Bauteil, dessen Kante zu verrunden ist.
Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass durch die
hydraulische Verbindung von Förderpumpe und Bauteil eine
Strömung der erosiven Flüssigkeit, vor allem im Bereich der
zu verrundenden Kante, aufgebaut werden kann, die das
Verrunden der Kante zur Folge hat.
Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass ein
mit der zu verrundenden Kante einen Spalt bildender Körper
vorhanden ist, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der
erosiven Flüssigkeit im Bereich der zu verrundenden Kante
gegenüber der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit
der erosiven Flüssigkeit erhöht und somit das Verrunden der
Kante beschleunigt wird.
In Ergänzung der Erfindung ist eine Sammeleinrichtung zum
Auffangen der Flüssigkeit vorhanden, so dass die erosive
Flüssigkeit nicht in die Umwelt gelangt.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die
erosive Flüssigkeit im Kreislauf geführt, so dass deren
Verbrauch reduziert wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der
Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist
in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher
beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen zylindrischen Kraftstoffhochdruckspeicher
nach dem Stand der Technik im Teillängsschnitt;
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Kraftstoffhochdruckspeicher;
Fig. 3 die Darstellung des Konturverlaufs einer
erfindungsgemäß verrundeten Kante in einem X-Y-
Diagramm und
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß
verrundete Sackloch-Einspritzdüse.
In Fig. 1 ist ein Kraftstoffhochdruckspeicher 1 nach dem
Stand der Technik im Teillängsschnitt dargestellt. Der
Kraftstoffhochdruckspeicher 1 hat einen oder mehrere
Anschlussstutzen 2, von denen in Fig. 1 nur einer
dargestellt ist. Außerdem ist eine Befestigungslasche 3
sichtbar. Der Anschlussstutzen 2 weist eine Bohrung 4 auf,
die den Anschlussstutzen 2 mit dem Speicherraum 5
hydraulisch verbindet. An einer Kante 6, die sich aus der
Verschneidung zwischen Bohrung 4 und Speicherraum 5 ergibt,
treten im Betrieb hohe mechanische Spannungen auf, welche
Brüche zur Folge haben können. Ein probates Mittel, um
diese Spannungen abzubauen, besteht darin, die Kante 6 zu
verrunden. Aufgrund der geometrischen Verhältnisse ist dies
mit Zapfensenkern odgl. nicht oder nur bedingt möglich. Auf
jeden Fall entstehen dabei hohe Kosten.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren kann das
Verrunden einfach, wirkungsvoll, kostengünstig und schnell
mit Taktzeiten von 20 s bis 200 s erfolgen. Dazu wird an
Stelle einer Verschlußschraube 7 eine nicht dargestellte
hydraulische Verbindung mit einer ebenfalls nicht
dargestellten Förderpumpe hergestellt. Die Förderpumpe
fördert eine erosive Flüssigkeit in den
Kraftstoffhochdruckspeicher 1, die durch die Bohrung 4
abgeführt wird. Im Bereich der Kante 6 erhöht sich aufgrund
der Querschnittsverengung die Strömungsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit wird die Kante 6 von der erosiven Flüssigkeit
verrundet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der
Materialabtrag an scharfen Kanten größer als an stumpfen
Kanten oder Flächen. Die Innenwandung des
Kraftstoffhochdruckspeichers 1 wird, weil die
Strömungsgeschwindigkeit wegen der Newton'schen
Haftbedingung gleich null ist, überhaupt nicht abgetragen.
Durch das Einstellen des Förderdrucks der Förderpumpe kann
die Strömungsgeschwindigkeit und damit auch der
Materialabtrag beeinflußt werden. In der Praxis haben sich
Förderdrücke zwischen 50 bar und 140 bar als geeignet
herausgestellt.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt einer weiteren
Ausführungsform eines Kraftstoffhochdruckspeichers 1
dargestellt. Der Anschlussstutzen 2 weist ein Innengewinde
8 auf mit dem eine nicht dargestellte Hochdruckleitung
verschraubt werden kann.
Da die Bohrung 4 nicht senkrecht in den Speicherraum 5
einmündet ist die Kante 5, über den Umfang der Bohrung 4
betrachtet, nicht überall gleich scharf. An der Stelle 9
ist sie am scharfkantigsten, während sie an der Stelle 10
deutlich stumpfer ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verrunden
wurde der Kraftstoffhochdruckspeicher 1 in der Ebene A-A
aufgeschnitten und untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass
die Kante 6 an der Stelle 9 am stärksten verrundet wurde,
während der Materialabtrag an der Stelle 10 geringer war.
Fig. 3 zeigt das Ergebnis einer Messung der Verrundung in
der Ebene A-A nach Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens an der scharfkantigen Stelle 9. Dargestellt ist
in diesem Diagramm die Rundungskontur der scharfkantigen
Stelle 9 in Fig. 2 (Y-Achse) über der Bewegungsrichtung des
Meßtasters (X-Achse). Der Krümmungsradius R beträgt 0,782
mm.
In Fig. 4 ist eine Einspritzdüse 11 für ein
Kraftstoffeinspritzsystem mit einem konischen Sackloch 12
dargestellt. Über ein Spritzloch 13 gelangt der nicht
dargestellte Kraftstoff aus dem Sackloch 12 in den
ebenfalls nicht dargestellten Brennraum. An das konische
Sackloch 12 schließt sich ein kegelstumpfförmiger
Düsennadelsitz 14 an.
Auf der linken Seite von Fig. 4 ist ein Übergang zwischen
Sackloch 12 und Düsennadelsitz 14 nach dem Stand der
Technik als Kante 16 dargestellt. Diese Kante 16 entsteht
beim Schleifen des Düsennadelsitzes 14. Je nach Art der
Bearbeitung kann die Kante 16 ein scharfer Grat oder eine
glatte Kante sein.
Auf der rechten Seite von Fig. 4 ist ein erfindungsgemäß
verrundeter Übergang 17 zwischen Sackloch 12 und
Düsennadelsitz 14 dargestellt. Dazu wird eine erosive
Flüssigkeit vom Düsennadelsitz 14 durch das Spritzloch 13
gefördert. Um eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit
im Bereich der Kante 16, bzw. des verrundeten Übergangs 17
zu erzielen, wird beim Verrunden ein Körper 15, der
beispielsweise aus Keramik besteht und dessen Geometrie im
wesentlichen einer Düsennadel entspricht, in die
Einspritzdüse 11 eingeführt. Wenn der Körper 15 ein wenig
vom Düsennadelsitz 14 abgehoben wird, ist wegen der
Kontinuitätsgleichung die Strömungsgeschwindigkeit der
nicht dargestellten erosiven Flüssigkeit im Bereich der
Kante 16, bzw. des verrundeten Übergangs 17 am höchsten. In
Folge dessen wird dort auch am meisten Material erodiert
und somit vor allem dort eine Verrundung herbeigeführt.
Grundsätzlich können Kanten jeglicher Art an Außenkonturen
oder Innenkonturen mit Hilfe eines Körpers 15 oder ohne
einen solchen verrundet werden, wenn die
Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Kanten 5 oder 16
ausreichend hoch ist. Da die Strömungsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit nur im Bereich der Kanten 5 oder 16 hoch sein
muß, ist der Materialabtrag der erosiven Flüssigkeit an den
anderen Stellen des Werkstück sowie der Pumpe und der
sonstigen Einrichtungen sehr gering. Dadurch verlängert
sich deren Lebensdauer.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und
der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln
als auch in beliebiger Kombination miteinander
erfindungswesentlich sein.
Claims (8)
1. Verfahren zum Kantenverrunden und zum Entgraten von
unten, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:
- - Umströmen der zu verrundenden Kante (6, 16) mit einer erosiven Flüssigkeit.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im
Bereich der zu verundenden Kante (6, 16) gegenüber der
durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
erhöht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass in die Flüssigkeit ein Körper (15) eingebracht wird,
dessen Oberfläche mit der zu verrundenden Kante (16) einen
Spalt bildet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung der
Flüssigkeit und die Längsachse der zu verrundenden Kante
(6, 16) einen Winkel, insbesondere von 90°, einschließen.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Förderpumpe für die
Flüssigkeit, mit einer hydraulischen Verbindung zwischen
Förderpumpe und dem Bauteil (1, 11), dessen Kante (6, 16)
zu verrunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass ein mit der zu verrundenden Kante (6, 16) einen Spalt
bildender Körper vorhanden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Sammeleinrichtung zum Auffangen
der Flüssigkeit vorhanden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Kreislauf geführt
wird.
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