EP1406749B1

EP1406749B1 - Verfahren und vorrichtung zum abtragen von einem im innern eines werkstücks angeordneten material

Info

Publication number: EP1406749B1
Application number: EP02742799A
Authority: EP
Inventors: Wilhelm Hopf; Frank Dahlmanns; Aron Mattis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: DE10132451A1; DE50203902D1; EP1406749A1; CN100366387C; WO2003004219A1; CN1524028A; HUP0400383A2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abtragen von einem im Inneren eines Werkstücks (8) angeordneten Material, wobei wenigstens eine Strahlerzeugungseinheit (5, 6) zum Erzeugen eines Stoffstrahls (4) vorgesehen ist, vorgeschlagen, die bzw. das gerade für innenliegende, schwer zugängliche Bereiche des Werkstücks (8) verwendbar ist und gleichzeitig eine Verbesserung der Dauerfestigkeit des Werkstücks (8) gewährleistet. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine im Inneren des Werkstücks (8) angeordnete Richteinheit (12) zum Richten des Stoffstrahls (4) auf einen vorgegebenen Bereich des Werkstücks (8) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen von einem im Inneren eines Werkstücks angeordneten Material. Bei einem aus der DE 198 09 367 A1 beschriebenen Verfahren findet eine Vorrichtung Verwendung, bei der an der Spitze einer Einrichtung zur Erzeugung eines Stoffstrahls eine Richteinheit bzw. Reflexionseinheit angeordnet ist, welche mit der Vorrichtung zur Erzeugung des Stofistrahls fest verbunden ist. Mittels der bekannten Vorrichtung, welche den ursprünglichen Stoffstrahl aus seiner Richtung gegen die Wand einer Bohrung ablenkt, lässt sich ein Materialabtrag im Bereich der Bohrungswand bewirken. Ähnliche Vorrichtungen dieser Art, bei der die Richteinheiten stets mit der Einrichtung zur Erzeugung des Stoffstrahls fest verbunden sind, sind weiterhin aus der US 5,664,992, der DD 294 891 A5 und der US 2,439,032 bekannt. Problematisch ist oftmals der Einsatz derartiger Vorrichtungen im Bereich von Bohrungsverschneidungen, wo aufgrund der starr an der Spitze der Vorrichtungen zur Erzeugung des Stoffstrahls angeordneten Richteinheiten es beispielsweise zu räumlichen Problemen im Bereich der Bohrungsverschneidungen kommen kann, die den Einsatz der bekannten Vorrichtungen einschränken. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches ein problemloses Abtragen von Material im Inneren eines Werkstücks im Bereich von Bohrungsverschneidungen ermöglicht. Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Insbesondere durch die räumliche Trennung zwischen Strahlerzeugungseinheit und Richteinheit wird eine wesentlich bessere Zugänglichkeit bzw. Flexibilität der verwendeten Vorrichtung im Bereich von Botuungsverschneidungen dadurch erzielt, dass die beiden Einheiten in unterschiedliche Bohrungen eingebracht werden und so an unterschiedlichen Bereichen der Bohrungsverschneidung angeordnet sein können. Eine zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 geeignete Vorrichtung sowie vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 3 bis 8 aufgeführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.

Im Einzelnen zeigen:

Figur 1: eine schematische Schnittdarstellung einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem fixierten Reflexionselement,
Figur 2: eine schematische Darstellung einer, erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem separaten Reflexionselement,
Figur 3: verschiedenste Ausführungsformen mehrerer Reflexionselemente in schematischer Darstellung,
Figur 4: eine schematische Querschnittdarstellung eines Ausschnitts einer weiteren, erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 5: eine schematische Querschnittdarstellung eines Ausschnitts einer weiteren, erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 6: eine schematische Querschnittdarstellung eines Ausschnitts einer weiteren, erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 7: eine schematische Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Figur 8: einen schematischen Querschnitt einer nicht erfindungsgemäßen Suspensionsstrahlvorrichtung.

In Figur 1 ist schematisch eine nicht vom Schutzumfang betroffene Injektorstrahlvorrichtung dargestellt, wobei ein Wasserstrahl 1 einen Abrasivstoff 2 in einer Mischkammer 5 ansaugt, so dass ein Mischstrahl 3 in einer Sonde 6 erzeugt wird. Aus der Sonde 6 tritt ein Stoffstrahl 4 aus, der mittels eines Reflexionselements 7 auf einen vorgegebenen Bereich im Innern eines Werkstücks 8 gerichtet wird. Bei dem vorgegebenen Bereich handelt es sich um einen vergleichsweise schwer zugänglichen Bereich, z.B. da eine Bohrung 9, durch die die Sonde 6 einzuführen ist, einen relativ kleinen Durchmesser beispielsweise von wenigen Millimetern aufweist.

Gemäß Figur 1 wird mit Hilfe der Vorrichtung ein Durchgang von der Bohrung 9 zu einer zweiten, wesentlich kleineren Bohrung 10 hergestellt.

Darüber hinaus ist der Figur 1 zu entnehmen, dass mittels einem Halteelement 11 das Reflexionselement 7 an der Sonde 6 fixiert ist.

Die Vorrichtung ist gemäß einem Pfeil P₁ in axialer Richtung der Sonde 6 bewegbar. Zusätzlich ist die Vorrichtung gemäß einem Pfeil P₂ um die Achse der Sonde 6 drehbar. Hierdurch wird ermöglicht, dass nahezu beliebig ausgebildete Bereiche im Innern des Werkstücks 8 abgetragen werden können. Eine nicht näher dargestellte Steuereinheit steuert hierfür die Bewegung der Vorrichtung.

Generell kann durch Rotation gemäß Pfeil P₂ eine ringförmige Aushöhlung der Bohrung 9 erzeugt werden. Bei der Bohrung 9 kann es sich im Gegensatz zur dargestellten Variante auch um eine Sacklochbohrung handeln.

In Figur 2 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, wobei im Gegensatz zu der Vorrichtung gemäß Figur 1 kein an der Sonde 6 fixiertes Halteelement 11 vorgesehen ist, sondern eine separate Prallplatte 12, die durch eine zweite Bohrung 13 in das Werkstück 8 eingeführt ist.

Bei dem Werkstück 8 gemäß Figur 2 handelt es sich beispielsweise um ein sogenanntes Rail (Druckspeicher) aus dem System Common Rail. Das Rail 8 umfasst insbesondere Abzweigungen 14, die jeweils eine Bohrung 15 aufweisen. Im Allgemeinen werden sowohl die Bohrung 13 als auch die Bohrungen 15 mittels spanabhebender Verfahren hergestellt, so dass im Übergangsbereich zwischen den Bohrungen 13, 15 Grate bzw. scharfe Kanten entstehen.

Gemäß der Erfindung wird die Sonde 6 in die Bohrung 15 eingeführt und die Prallplatte 12 in die Bohrung 13, so dass der Stoffstrahl 4 an der Prallplatte 12 derart reflektiert wird, dass dieser den Übergangsbereich in genau vorgegebener Weise entgratet bzw. abrundet. Hierbei ist besonders positiv, dass durch die Impulswirkung des Stoffstrahls 4 beim Aufprall auf das Werkstück 8 eine Verdichtung des Gefüges und somit Druckeigenspannungen des Werkstücks 8 erzeugt werden. Diese Druckeigenspannungen wirken sich vorteilhaft bei der späteren Anwendung des Rails 8 aus, wobei dies insbesondere einer pulsierenden Belastung bei vergleichsweise hohen Drücken ausgesetzt ist.

In Figur 3 sind unterschiedlich ausgebildete Prallplatten 12 schematisch dargestellt. Figur 3a weist sowohl eine Seitenals auch einen Frontsicht einer Prallplatte 12 mit planarer, senkrecht zum Stoffstrahl 4 ausgerichteter Reflexionsfläche 16 auf. Die Prallplatte 12 gemäß Figur 3a entspricht weitgehend der Prallplatte 12 gemäß Figur 2.

Die Prallplatte 12 gemäß Figur 3b ist wiederum in Seiten- als auch Frontansicht dargestellt und weist eine planare Reflexionsfläche 16 auf, wobei diese jedoch winklig zur Strahlrichtung des Stoffstrahls 4 angeordnet ist.

In Figur 3c ist in Seiten- und Frontansicht eine Prallplatte 12 mit mehreren planaren, senkrecht zum Stoffstrahl 4 ausgerichteten Reflexionsflächen 16 dargestellt. Die Prallplatte 12 gemäß Figur 3c kann gegebenenfalls gemäß Pfeil P₄ um die Längsachse rotiert werden, so dass beispielsweise bei Überschreiten einer vorgegebenen Abrasion der Prallplatte 12 im Bereich des aufprallenden Stoffstrahls 4 die Prallplatte 12 gedreht und/oder längs des Pfeils P₃ verschoben werden kann.

In Figur 3d ist ein Ausschnitt einer Prallplatte 12 mit einer parabelförmigen Reflexionsflächen 16 dargestellt. Die Reflexionsfläche 16 erstreckt sich in axialer Richtung der Prallplatte 12.

Figur 3e zeigt eine Prallplatte 12 mit einer parabelförmigen längsgerichteten Nut 17, wobei die Nut 17 im Bereich des Auftreffens des Stoffstrahls 4 eine u-förmige Vertiefung 18 aufweist.

Insbesondere die Nuten 17 der Figuren 3d und 3e können sowohl u-förmig als auch v-förmig ausgebildet werden. Darüber hinaus kann gegebenenfalls die Prallplatte 12 mehrere längsgerichtete Nuten 17 sowie mehrere Vertiefungen 18 aufweisen, so dass zahlreiche Aufprallbereiche auf der Prallplatte 12 realisiert werden.

In Figur 4 ist eine Prallplatte 12 mit einer sacklochartigen Vertiefung dargestellt. Die sacklochartige Vertiefung, die gegebenenfalls auch als längsgerichtete Nut 17 ausgebildet werden kann, weist die Reflexionsfläche 16 auf. An der Reflexionsfläche 16 wird der Stoffstrahl 4 derart reflektiert, dass der den Übergangsbereich der Bohrung 13 und der Bohrung 15 in vorgegebener Weise abträgt.

Figur 5 zeigt eine Prallplatte 12 mit mehreren, insbesondere längsgerichteten Nuten 17, wobei aufgrund der drehsymmetrischen Ausbildung die Prallplatte 12 bei Bedarf gemäß Pfeil P₄ verdreht werden kann, so dass eine andere Nut 17 den Übergangsbereich der Bohrung 13 und der Bohrung 15 abträgt.

Gemäß Figur 6 kann die Prallplatte 12 derart ausgebildet werden, dass durch Drehen der Prallplatte 12 gemäß Pfeil P₄ ein Bearbeitungsablauf vorgesehen werden kann. Hierbei wird die Reflexion des Stoffstrahls 4 derart beeinflusst, dass der Übergangsbereich der Bohrung 15 mit der Bohrung 13 vorteilhaft abgetragen werden kann. Durch die Rotation gemäß Pfeil P₄ und Steuerung der Drehgeschwindigkeit ist auch eine unsymmetrische Bearbeitung möglich. Vorzugsweise können mehrere entsprechende und/oder unterschiedliche Konturen in axialer Richtung hintereinander auf der Prallplatte 12 angebracht werden.

In Figur 7 ist eine nicht vom Schutzumfang betroffen Vorrichtung dargestellt, wobei die Prallplatte 12 mit der Prallplatte 12 gemäß Figur 3b vergleichbar ausgebildet ist. Hierbei trifft der Stoffstrahl 4 auf die Reflexionsfläche 16 in der Weise, dass eine einseitige Aushöhlung des Werkstücks 8 erfolgt. Gegebenenfalls kann die Prallplatte 12 gemäß den Pfeilen P₁ bzw. P₂ verschoben bzw. verdreht werden, so dass auch komplexere, insbesondere rotationssymmetrische Hohlformen im Werkstück 8 erzeugt werden können. Darüber hinaus kann mittels der Vorrichtung gemäß Figur 7 auch ein Öffnen bzw. verbinden der Bohrung 9 zu einer nicht näher dargestellten Sacklochbohrung erfolgen.

In Figur 8 ist eine nicht vom Schutzumfang betroffene Suspensionsstrahlvorrichtung dargestellt, wobei das Suspensionsgemisch mittels einer Sonde 19 in das Innere des Werkstücks transportiert wird. Beispielhaft wird gemäß Figur 8 eine Verbindung zwischen der Bohrung 9 und der Sacklochbohrung 10 hergestellt, wobei gleichzeitig oder zeitlich versetzt ein Hohlraum 20 im Inneren des Werkstücks 8 erzeugt wird. Hierfür wird die Sonde 19 gemäß den Pfeilen P₂ und/oder P₁ verschoben bzw. verdreht. Beispielsweise kann es sich bei dem Werkstück 8 um eine Dieseldüse oder dergleichen handeln.

Grundsätzlich kann durch beliebige Formen der Prallelemente 7, 12 beliebige, komplexere Bereiche im Inneren, insbesondere in schwer zugänglichen Bereichen des Werkstücks 8 abgetragen bzw. verrundet werden. Hierfür kann durch Bewegung der Prallelemente 7, 12, des Werkstücks 8 und/oder der Strahlerzeugungseinheit komplexeste Hohlformen erzeugt werden, insbesondere durch Rotieren, Schwenken und/oder Scannen entsnrechender Elemente.

Beispielsweise wird der Abtrag durch Hochdruckwasserstrahlen, die gegebenenfalls bis zu 8000 bar Druck aufweisen, erzeugt, wobei die Abtragwirkung durch Zumischung von abrasiven Zusätzen verstärkt werden kann. Das Prallelement 7, 12 ist vorzugsweise aus einem sehr verschleißfesten Werkstoff hergestellt bzw. weist entsprechende Einsätze oder dergleichen auf.

Generell kann vor allem beim Herstellen einer Verbindung zwischen einem Sackloch und einer zweiten Bohrung oder dergleichen die Form bzw. Ausgestaltung des Verbindungsbereichs, insbesondere der Durchmesser sowie die Geometrie, in vorgegebener Weise hergestellt werden. Der Bohrungsübergang kann in vorteilhafter Weise nahezu beliebig ausgebildet werden, insbesondere rund, elliptisch oder polygonförmig. Eine Möglichkeit ist beispielsweise die Veränderung der Düsengeometrie und des hierdurch erzeugten größeren Strahldurchmessers, wobei eine entsprechend größere Bohrung erzeugt werden kann. Ein konischer, defokussierter Stoffstrahl 4 kann den Bohrungsübergang zusätzlich mit einer vorteilhaften Schräge bzw. Abrundung oder dergleichen versehen.

Claims

Verfahren zum Abtragen von einem im Inneren eines Werkstücks (8) angeordneten Material im Bereich einer Bohrungsverschneidung, bei dem wenigstens eine Strahlerzeugungseinheit (5, 6) zum Erzeugen eines Stoffstrahls (4) mit einer im Inneren des Werkstücks (8) angeordneten, ein Reflexionselement umfassenden Richteinheit (12) zum Richten des Stoffstrahls (4) auf den Bereich der Bohrungsverschneidung zusammenwirkt, wobei die Strahlerzeugungseinheit (5, 6) und die Richteinheit (12) als separate Bauteile ausgebildet sind, und wobei die Strahlerzeugungseinheit (5, 6) in eine erste Bohrung des Werkstücks (8) und die Richteinheit (12) in eine zweite Bohrung des Werkstücks (8) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Stoffstrahl (4) wenigstens einen Fluidstrahl (1) und/oder ein Feststoffstrahl (2) mit zahlreichen Strahlkörpern verwendet wird.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit wenigstens einer Strahleizeugungseinheit (5, 6) zum Erzeugen eines Stoffstrahls (4) und einer ein Reflexionselement umfassenden Richteinheit (12) zum Richten des Stoffstrahls (4) auf den Bereich einer Bohrungsverschneidung, wobei die Richteinheit (12) und die Strahlerzeugungseinheit (5, 6) als separate, miteinander nicht verbundene Bauteile ausgebildet sind, die Strahlerzeugungseinheit (5,6) zum Einbringen in eine erste Bohrung des Werkstücks (8) und die Richteinheit (12) zum Einbringen in eine zweite Bohrung des Werkstücks (8) ausgebildet sind, und eine Strahlrichtung des Stoffstrahls (4) im Wesentlichen zwischen 45° und 180° in Bezug auf eine Transportrichtung des Stoffs der Strahlerzeugungseinheit (5, 6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (8), die Richteinheit (12) und/oder die Strahlerzeugungseinheit (5, 6) wenigstens teilweise bewegbar ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Richteinheit (12) wenigstens an den vorgegebenen Bereich des Werkstücks (8) angepasst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reflexionsfläche (16) in einer Ausnehmung (17, 18) des Reflexionselements angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (17, 18) als in axialer Richtung des Reflexionselementes längsgerichtete Ausnehmung (17) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schutzelement (12) zum Schützen von nicht-abzustrahlender Abschnitte des Werkstücks (8) vorgesehen ist und dass das Reflexionselement das Schutzelement (12) umfasst.