EP1588801A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung mit einem Abtragungsfluid - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung mit einem Abtragungsfluid Download PDF

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EP1588801A1
EP1588801A1 EP05004133A EP05004133A EP1588801A1 EP 1588801 A1 EP1588801 A1 EP 1588801A1 EP 05004133 A EP05004133 A EP 05004133A EP 05004133 A EP05004133 A EP 05004133A EP 1588801 A1 EP1588801 A1 EP 1588801A1
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EP
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pressure
grinding
passage opening
flow
back pressure
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Thomas Hasenecker
Thomas Weikenstorfer
Christian Ludwig
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Sonplas GmbH
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Sonplas GmbH
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B31/00—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor
    • B24B31/10—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor involving other means for tumbling of work
    • B24B31/116—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor involving other means for tumbling of work using plastically deformable grinding compound, moved relatively to the workpiece under the influence of pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size

Definitions

  • the invention relates to a method for processing a Through opening, in particular a valve channel, according to The preamble of claim 1, wherein a Abtragungsfluid on one side of the through hole with a Grinding pressure and on the other side of the passage opening is acted upon by a counter-pressure and the Abtragungsfluid under material removal in the passage opening is added in flow.
  • the invention further relates to a device for processing a passage opening with a Abtragungsfluid under flow according to the preamble of claim 9, with a grinding pressure generating device for generating a Abrasive pressure in the ablation fluid on one side of the passage opening, a back pressure generating means for generating a back pressure in the ablation fluid on the other Side of the through hole and a control to the Controlling the grinding pressure with the grinding pressure generating device communicates.
  • the back pressure either by means of a arranged on the downstream side Aperture or by means of a bubble or arranged there Membrane memory generated.
  • a disadvantage of this known Back pressure grinding processes can be comparatively uncontrolled Pressure conditions, in particular counterpressure conditions, at the beginning of the grinding process, the too correspondingly uncontrolled flow rates and thus Removal rates in the initial phase of the grinding process being able to lead.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for processing a through hole, with which the passage opening can be adjusted with particularly high accuracy.
  • the inventive Method characterized in that the first Counterpressure is set approximately equal to the grinding pressure and then, to generate the flow, a pressure difference set between the grinding pressure and the back pressure becomes.
  • a basic idea of the invention is that at the beginning the processing of the pressure on both sides of the passage opening, which can also be referred to as a channel, at least is set almost identical.
  • the processing no or at best a small one Pressure difference along the passage opening, and consequently is the flow rate of the ablation fluid in the passage opening and therefore also the removal rate at the passage opening at the beginning of processing equal Zero or at most very low.
  • one of Zero different pressure difference between the grinding pressure also known as processing pressure or form can be adjusted, and the back pressure.
  • the inventive method is particularly suitable for the machining of control and / or nozzle bores, in particular on components of fuel injection valves.
  • the method for flow adjustment serve the passage opening.
  • the procedure also advantageous in that at the beginning of processing at least approximately constant pressure conditions often a particularly high increase in the flow of the Ablation fluid occurs and the increase with increasing Processing time is getting smaller, as more and more material at the grinding pressure-side edge of the passage opening must be removed.
  • the inventive method but guarantees at the beginning of the grinding process particularly well defined flow conditions, so that the Flow is particularly accurate adjustable.
  • the ablation fluid may basically be a arbitrary fluid continuum act on the material surrounding the passage opening under flow has a erosive effect. It is particularly preferred that the ablation fluid is a hydroerosive grinding fluid with a carrier liquid and contained therein Abrasive particles is. Under hydroerosive grinding fluids, both grinding liquids with a water-based carrier fluid as well those with an oil-based carrier fluid or a other basis. In particular, that can Hydroerosive Abtragungsfluid according to the invention also anhydrous be.
  • the abrasive portion of the abrasive abrasive particles in the grinding fluid is suitably adjusted so that the widest possible input tolerance range for the diameter and / or flow of the Through hole at suitable processing times for the Grinding process can be covered.
  • that can Abtragungsfluid be chosen such that in the course of Machining on average a flow increase, i. a Increase the flow rate of the ablation fluid, from about 7% to 15% is achieved, which is preferably independent of the channel geometry is provided.
  • a particularly preferred embodiment of the invention is characterized in that before setting the pressure difference the back pressure together with the grinding pressure started up becomes.
  • the pressures on both sides of the passage opening become too Start of the machining process in parallel, i. simultaneously constructed, with the grinding pressure and the back pressure already set at startup at least approximately the same.
  • the pressure difference afterwards to the equalization of backpressure and To generate grinding pressure by the counter pressure the grinding pressure is lowered, wherein the Grinding pressure in particular remains constant. Especially however, it is preferred that for generating the pressure difference for the flow of grinding pressure initially opposite to the Counterpressure is increased. Suitably, the Back pressure kept constant.
  • Such a procedure can process technology in particular by means of piston pumps particularly easy to be realized.
  • At least a characteristic of the passage opening in particular a flow rate whose time change, a diameter, a material removal rate, a pressure and / or a Wall tilt angle, is determined and that the pressure difference set depending on the at least one characteristic becomes.
  • the temporal change of Flow rate of the ablation fluid in the passage opening be determined. But it can also be the wall tilt angle at the grinding pressure and / or back pressure side Edge of the through hole in another way directly or determined indirectly.
  • the temporal Change in flow rate i. their temporal Derivation, can be considered that at one tapered outward channel, i.
  • the pressure difference can be largely prevented that parts of the upper flow tolerance band and / or such with conically outwardly opening channel geometry through short processing times to a faulty flow value be ground and thereby out of the production process must be discharged.
  • parts of the upper flow tolerance band and / or such with conically outwardly opening channel geometry through short processing times to a faulty flow value be ground and thereby out of the production process must be discharged.
  • conical parts with parts Outwardly tapered channel geometry to the grinding times become long, whereby possibly in a piston pump stored Abtragungsfluidmenge not to the termination
  • the processing is sufficient and thus the processing is interrupted must be, resulting in a substantial extension the processing time as well as an increased reject rate can lead.
  • a particularly useful embodiment of the invention Method is characterized in that the Pressure difference initially to a predetermined, first Pressure differential value set and the characteristic determined is and that the pressure difference then characteristic dependent is set.
  • this embodiment takes place the determination of the parameter and in particular the Flow properties of the passage opening already on Start of process, preferably immediately after setting the first pressure difference value.
  • the process is through already controllable in the initial phase of the grinding process, whereby passage openings with a particularly wide Component tolerance reliably processed to a target value can be.
  • the first Pressure difference value relative to the grinding pressure 5 to 15%, in particular about 10%.
  • Such a pressure difference value enables a reliable characteristic determination at at the same time sufficiently low initial ablation rate.
  • the pressure difference is inverse to the flow rate and / or the diameter is set. This includes is understood that the pressure difference at low flow rate and / or small diameter of the passage opening enlarged and at high flow rate and / or reduced in diameter. This will be a particularly effective control of the machining process allows.
  • the Direction of the flow in the passage opening in particular is reversed characteristic size dependent.
  • This can be especially true
  • the through hole are made, i. at a Channel, the diameter of which is larger than its back pressure side diameter is.
  • the counterpressure side i. the exhaust side of the Through hole processed, resulting in a particularly effective Enlargement of the passage opening leads.
  • the to Evidence of an outwardly tapered channel geometry and the Reversal of the flow used characteristic can in particular the temporal change of the flow rate and / or the Wall tilt angle at the counterpressure edge of the Be passage opening.
  • the device according to the invention can in particular for Implementation of the method of the invention serve, whereby achieved the advantages described in this context become.
  • the device according to the invention is characterized characterized in that the control with the counter-pressure generating means for controlling the back pressure in communication stands. This allows independent control of the Grinding pressure and the back pressure can be realized. Prefers these pressures can also be at the beginning of the processing, initially set flow rate independent. This results in a particularly precise processing of the passage opening er Camill. Under the control of the pressures can According to the invention, rules are also understood.
  • a particularly preferred embodiment of the invention Device is characterized in that a Characteristic detection device for determining at least a characteristic of the passage opening is provided, and that the characteristic quantity detection device for the characteristic-dependent Controlling a pressure difference between the Grinding pressure and back pressure with the controller in connection stands.
  • the at least one characteristic it can in particular one of the in connection with the invention Act described characteristics, whereby with the device according to the invention a controller the pressure difference and, consequently, the flow rate of the ablation fluid depending on the dimensions and the Geometry of the passage opening can be done.
  • FIG. 1 A device according to the invention is shown in FIG.
  • the device has a reservoir 22 for Absorption of ablation fluid.
  • the reservoir 22 is about a first obturator 23 with a grinding pressure piston pump 30 of a grinding pressure generating device in fluid communication, which has a constant flow over time and / or a time constant pressure of the ablation fluid can generate.
  • the grinding pressure piston pump 30 has a spindle 32, that of a motor 33 designed as a stepper motor is driven and which together with a hydraulic cylinder 34 a piston 31 of the grinding pressure piston pump 30th drives.
  • a flow sensor 25 a not shown Characteristics detecting device and a second obturator 24 is the Schleiftikkolbenpume 30 by a Inlet side 3 of a through hole 10 in a component. 1 with this passage opening 10 in fluid communication.
  • a grinding pressure sensor 26 for determining the grinding pressure provided upstream and inlet side of the component 1.
  • the located in the component 1 and designed as a bore Through opening 10 is the inventive Method by flowing erosion fluid in particular rounded on the inlet side at an inlet side inlet edge.
  • a counter-pressure generating device in conjunction, for generating an outlet side back pressure serves.
  • the counter-pressure piston pump 40 is hydraulically actuated educated. Between the third shut-off member 44 and the back pressure piston pump 40 is a back pressure sensor 46 for Determining the back pressure arranged. About a fourth Shut-off valve 45 is the counter-pressure piston pump 40 for emptying with a drain line 50 in connection.
  • the illustrated device can in particular for constant pressure processing and / or for constant volumetric flow processing serve the passage opening 10.
  • the constant pressure processing become Start of processing by means of the grinding pressure piston pump 30 and the counter-pressure piston pump 40, the pressures on the inlet side 3 and at the outlet side 5 of the component 1 in parallel constructed, whereby in the passage opening 10 still no flow of Abtragungsfluids is generated and thus no effective processing of the passage opening 10 takes place.
  • the back pressure sensor 46 is the back pressure buildup stopped and only the inlet side, i.e.
  • the different for the different processing pressures Target flows are controlled by a controller each pressure ratio calculated individually.
  • a shutdown criterion may be a value supplied by the flow sensor 25 be used.
  • the constant volumetric flow processing are also used to start editing by means of the grinding pressure piston pump 30 and the Backpressure piston pump 40, the grinding pressure at the inlet side 3 and the back pressure on the outlet side 5 in parallel constructed, whereby no effective processing takes place.
  • the back pressure build-up stopped and the inlet side grinding pressure is further increased until the formation of a pressure difference a grinding pressure is achieved, which is only slightly is higher than the back pressure, causing a comparatively low material removal is ensured.
  • this Pressure ratio is by means of the flow sensor 25 a Determination of flow, i. the flow rate is performed.
  • each pressure ratio can be calculated individually.
  • a shutdown criterion can one from the grinding pressure sensor 26, from Back pressure sensor 46 and / or from the flow rate sensor 25 delivered value can be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung (10), bei dem ein Abtragungsfluid auf einer Seite (3) der Durchgangsöffnung (10) mit einem Schleifdruck und auf der anderen Seite (5) der Durchgangsöffnung (10) mit einem Gegendruck beaufschlagt wird und das Abtragungsfluid unter Materialabtragung in der Durchgangsöffnung (10) in Strömung versetzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst der Gegegendruck in etwa gleich dem Schleifdruck eingestellt wird und dann anschließend zum Erzeugen der Strömung eine Druckdifferenz zwischen dem Schleifdruck und dem Gegendruck eingestellt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung, insbesondere eines Ventilkanals, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem ein Abtragungsfluid auf einer Seite der Durchgangsöffnung mit einem Schleifdruck und auf der anderen Seite der Durchgangsöffnung mit einem Gegendruck beaufschlagt wird und das Abtragungsfluid unter Materialabtragung in der Durchgangsöffnung in Strömung versetzt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung mit einem Abtragungsfluid unter Strömung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9, mit einer Schleifdruckerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Schleifdrucks im Abtragungsfluid auf einer Seite der Durchgangsöffnung, einer Gegendruckerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Gegendrucks im Abtragungsfluid auf der anderen Seite der Durchgangsöffnung und einer Steuerung, die zum Steuern des Schleifdrucks mit der Schleifdruckerzeugungseinrichtung in Verbindung steht.
Aus der DE 199 41 472 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hydroerosiven Bearbeiten eines Ventilkanals bekannt. Um eine Kavitation des hydroerosiven Abtragungsfluids beim Bearbeiten zu verhindern, lehrt diese Druckschrift, auf der Abströmseite des Ventilkanals einen Gegendruck aufzubauen. Dies ermöglicht einen weitgehend kavitationsfreien Schleifbetrieb im Betriebsdruckbereich des Ventilkanals.
Gemäß der Lehre der DE 199 41 472 A1 wird der Gegendruck entweder mittels einer an der Abströmseite angeordneten Blende oder mittels eines dort angeordneten Blasen- oder Membranspeichers erzeugt. Nachteilig bei diesem bekannten Gegendruckschleifverfahren können vergleichsweise unkontrollierte Druckverhältnisse, insbesondere Gegendruckverhältnisse, zu Beginn des Schleifprozesses sein, die zu entsprechend unkontrollierten Durchflussraten und somit Abtragungsraten in der Anfangsphase des Schleifprozesses führen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung anzugeben, mit denen die Durchgangsöffnung mit besonders hoher Genauigkeit eingestellt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der Gegendruck in etwa gleich dem Schleifdruck eingestellt wird und dass anschließend zum Erzeugen der Strömung eine Druckdifferenz zwischen dem Schleifdruck und dem Gegendruck eingestellt wird.
Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass zu Beginn der Bearbeitung der Druck beiderseits der Durchgangsöffnung, die auch als Kanal bezeichnet werden kann, zumindest annähernd identisch eingestellt wird. Somit besteht zu Beginn der Bearbeitung kein oder allenfalls ein geringer Druckunterschied entlang der Durchgangsöffnung, und folglich ist die Strömungsgeschwindigkeit des Abtragungsfluids in der Durchgangsöffnung und daher auch die Abtragungsrate an der Durchgangsöffnung zu Beginn der Bearbeitung gleich Null oder allenfalls sehr gering. Erfindungsgemäß wird dann im Anschluss an das Einstellen des Gegendrucks und des Schleifdrucks auf zumindest in etwa gleiche Werte eine von Null verschiedene Druckdifferenz zwischen dem Schleifdruck, der auch als Bearbeitungsdruck oder Vordruck bezeichnet werden kann, und dem Gegendruck eingestellt. Aufgrund dieser Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Durchgangsöffnung wird das Abtragungsfluid nun in Strömung versetzt und es erfolgt eine Materialabtragung an der Durchgangsöffnung, die sowohl im Inneren der Durchgangsöffnung als auch an ihrem Randbereich, d.h. an ihrer schleifdruck- und/oder gegendruckseitigen Kante, stattfinden kann. Erfindungsgemäß sind somit die Druckverhältnisse an der Durchgangsöffnung bereits zu Beginn der Bearbeitung genau definiert, weshalb eine besonders exakte Bearbeitung ermöglicht wird. Die Einstellung von Schleif- und Gegendruck kann durch eine bevorzugt aktiv ausgebildete Steuerung erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet für die Bearbeitung von Steuer- und/oder Düsenbohrungen, insbesondere an Bauteilen von Kraftstoffeinspritzventilen. Bevorzugterweise kann das Verfahren zur Durchflusseinstellung der Durchgangsöffnung dienen. Dabei ist das Verfahren auch dahingehend vorteilhaft, dass zu Beginn der Bearbeitung bei zumindest annähernd konstanten Druckverhältnissen häufig ein besonders hoher zeitlicher Anstieg des Durchflusses des Abtragungsfluides auftritt und der Anstieg mit zunehmender Bearbeitungsdauer immer geringer wird, da immer mehr Material an der schleifdruckseitigen Kante der Durchgangsöffnung entfernt werden muss. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet aber gerade zu Beginn des Schleifprozesses besonders gut definierte Strömungsverhältnisse, so dass der Durchfluss besonders genau einstellbar ist.
Bei dem Abtragungsfluid kann es sich grundsätzlich um ein beliebiges strömungsfähiges Kontinuum handeln, welches auf das die Durchgangsöffnung umgebende Material unter Strömung eine abtragende Wirkung hat. Besonders bevorzugt ist es, dass das Abtragungsfluid eine hydroerosive Schleifflüssigkeit mit einer Trägerflüssigkeit und darin enthaltenen Schleifpartikeln ist. Unter hydroerosiven Schleifflüssigkeiten im Sinne der Erfindung können sowohl Schleifflüssigkeiten mit einer Trägerflüssigkeit auf Wasserbasis als auch solche mit einer Trägerflüssigkeit auf Ölbasis oder einer sonstigen Basis verstanden werden. Insbesondere kann das hydroerosive Abtragungsfluid erfindungsgemäß auch wasserfrei sein. Der abrasive Anteil der abrasiven Schleifpartikel in der Schleifflüssigkeit wird geeigneterweise so eingestellt, dass ein möglichst breiter Eingangstoleranzbereich für den Durchmesser und/oder für den Durchfluss der Durchgangsöffnung bei geeigneten Bearbeitungszeiten für den Schleifprozess abgedeckt werden kann. Insbesondere kann das Abtragungsfluid derart gewählt werden, dass im Laufe der Bearbeitung im Mittel eine Durchflusssteigerung, d.h. eine Steigerung der Durchflussrate des Abtragungsfluids, von etwa 7 % bis 15 % erzielt wird, die vorzugsweise unabhängig von der Kanalgeometrie vorgesehen wird.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einstellen der Druckdifferenz der Gegendruck zusammen mit dem Schleifdruck hochgefahren wird. Bei dieser bevorzugten Verfahrensvariante werden die Drücke auf beiden Seiten der Durchgangsöffnung zu Beginn des Bearbeitungsvorganges parallel, d.h. gleichzeitig aufgebaut, wobei der Schleifdruck und der Gegendruck bereits beim Hochfahren zumindest annähernd gleich eingestellt sind.
Grundsätzlich ist es möglich, die Druckdifferenz im Anschluss an die Gleicheinstellung von Gegendruck und Schleifdruck dadurch zu erzeugen, dass der Gegendruck gegenüber dem Schleifdruck erniedrigt wird, wobei der Schleifdruck insbesondere konstant bleibt. Besonders bevorzugt ist jedoch, dass zum Erzeugen der Druckdifferenz für die Strömung der Schleifdruck zunächst gegenüber dem Gegendruck erhöht wird. Geeigneterweise wird dabei der Gegendruck konstant gehalten. Eine solche Verfahrensführung kann prozesstechnisch insbesondere mittels Kolbenpumpen besonders einfach realisiert werden.
Erfindungsgemäß ist ferner besonders vorteilhaft, dass mindestens eine Kenngröße der Durchgangsöffnung, insbesondere eine Durchflussrate, deren zeitliche Änderung, ein Durchmesser, eine Materialabtragungsrate, ein Druck und/oder ein Wandneigungswinkel, ermittelt wird und dass die Druckdifferenz in Abhängigkeit der mindestens einen Kenngröße eingestellt wird. Eine derartige Verfahrensführung ermöglicht eine gezielte, insbesondere bauteilabhängige Einstellung der Bearbeitungsgeschwindigkeit durch gezielte Einstellung und Regelung des Schleifdrucks und des Gegendrucks anhand der ermittelten Kenngröße der Durchgangsöffnung. Hierdurch können einerseits zu hohe Abtragungsraten, dass heißt zu geringe Bearbeitungszeiten, die eine genaue Prozesskontrolle erschweren, weitestgehend vermieden werden. Andererseits können auch zu geringe Abtragungsraten, die die Bearbeitungszeiten erhöhen und somit den Bauteildurchsatz in der Produktion verringern können, weitesgehend vermieden werden. Die bevorzugte Verfahrensführung ermöglicht es insbesondere, Durchflusstoleranzen, die beispielsweise in herstellungsbedingten Durchmessertoleranzen der Durchgangsöffnung begründet sein können, zu berücksichtigen.
Insbesondere bei Verwendung eines Senkerosionsverfahrens zum Einbringen von Bohrung können derartige Durchflusstoleranzen beispielsweise etwa +/- 5 % betragen. Durch die erfindungsgemäß kenngrößenabhängige Regelung der Druckdifferenz können aus diesem Toleranzbereich resultierende Schwankungen der Zeiten für die hydroerosive Bearbeitung, die auf dem relativ großen Einfluß der Durchflussraten auf die Bearbeitungszeiten beruhen, stark vermindert werden. Zur Anpassung der Druckdifferenz an unterschiedliche Durchmesser der Durchgangsöffnungen kann als Kenngröße insbesondere die Durchflussrate des Abtragungsfluids durch die Durchgangsöffnung bestimmt werden. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung kann aber auch in sonstiger Weise direkt oder indirekt bestimmt werden.
Neben einer Berücksichtigung von Toleranzen im Durchmesser und/oder in der Durchflussrate der Durchgangsöffnung können mittels der kenngrößenabhängigen Einstellung der Druckdifferenz aber auch unterschiedliche Kanalgeometrien, d.h. Querschnittsformen der Durchgangsöffnung berücksichtigt werden. Hierzu kann bevorzugt die zeitliche Änderung der Durchflussrate des Abtragungsfluids in der Durchgangsöffnung bestimmt werden. Es kann aber auch der Wandneigungswinkel an der schleifdruck- und/oder gegendruckseitigen Kante der Durchgangsöffnung auf andere Weise direkt oder indirekt bestimmt werden. Bei der Bestimmung der zeitlichen Änderung der Durchflussrate, d.h. deren zeitlichen Ableitung, kann berücksichtigt werden, dass bei einem konisch nach außen öffnenden Kanal, d.h. bei einem Kanal, dessen schleifdruckseitiger Durchmesser kleiner als sein gegendruckseitiger Durchmesser ist, der Anstieg der Durchflussrate zu Beginn der Bearbeitung durch die eintretende Bohrungsdurchmessererweiterung verglichen mit einem zylindrischen Kanal erhöht ist. Bei einem konisch nach außen verjüngten Kanal hingegen, d.h. bei einem Kanal, dessen schleifdruckseitiger Durchmesser größer als sein gegendruckseitiger Durchmesser ist, wird der anfängliche Durchflussanstieg nach kurzer Bearbeitungsdauer verlangsamt, da die Drosselwirkung des Kanals maßgeblich durch die Verjüngung des Kanals bestimmt wird.
Durch die erfindungsgemäße kenngrößenabhängige Einstellung der Druckdifferenz kann weitestgehend verhindert werden, dass Teile am oberen Durchflusstoleranzband und/oder solche mit konisch nach außen öffnender Kanalgeometrie durch zu kurze Bearbeitungszeiten auf einen fehlerhaften Durchflusswert geschliffen werden und dadurch aus dem Produktionsprozess ausgeschleust werden müssen. Andererseits kann weitestgehend verhindert werden, dass bei Teilen mit konisch nach außen verjüngter Kanalgeometrie die Schleifzeiten zu lang werden, wodurch gegebenenfalls die in einer Kolbenpumpe eingespeicherte Abtragungsfluidmenge nicht zur Beendigung der Bearbeitung ausreicht und somit die Bearbeitung unterbrochen werden muss, was zu einer wesentlichen Verlängerung der Bearbeitungsdauer sowie zu einem erhöhten Ausschussanteil führen kann.
Eine besonders brauchbare Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz zunächst auf einen vorher bestimmten, ersten Druckdifferenzwert eingestellt und die Kenngröße ermittelt wird und dass die Druckdifferenz anschließend kenngrößenabhängig eingestellt wird. In dieser Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Kenngröße und insbesondere der Durchflusseigenschaften der Durchgangsöffnung bereits am Prozessbeginn, bevorzugt unmittelbar nach dem Einstellen des ersten Druckdifferenzwertes. Der Prozess ist hierdurch bereits in der Anfangsphase des Schleifprozesses steuerbar, wodurch Durchgangsöffnungen mit einer besonders breiten Bauteiltolerenz zuverlässig auf einen Zielwert hin bearbeitet werden können.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist es, dass der erste Druckdifferenzwert relativ zum Schleifdruck 5 bis 15 %, insbesondere etwa 10 % beträgt. Ein solcher Druckdifferenzwert ermöglicht eine sichere Kenngrößenbestimmung bei gleichzeitig ausreichend niedriger anfänglicher Abtragungsrate.
Eine besondere geeignete Weiterbildung der Erfindung besteht ferner darin, dass die Druckdifferenz invers zur Durchflussrate und/oder dem Durchmesser eingestellt wird. Hierunter wird verstanden, dass die Druckdifferenz bei geringer Durchflussrate und/oder geringem Durchmesser der Durchgangsöffnung vergrößert und bei großer Durchflussrate und/oder großem Durchmesser verkleinert wird. Hierdurch wird eine besonders wirksame Kontrolle des Bearbeitungsprozesses ermöglicht.
Erfindungsgemäß kann es besonders nützlich sein, dass die Richtung der Strömung in der Durchgangsöffnung insbesondere kenngrößenabhängig umgekehrt wird. Dies kann vor allem bei Vorliegen einer konisch nach außen verjüngten Kanalgeometrie der Durchgangsöffnung durchgeführt werden, d.h. bei einem Kanal, dessen schleifdruckseitiger Durchmesser größer als sein gegendruckseitiger Durchmesser ist. Durch die umgekehrte Strömung des Abtragungsfluids von der Gegendruckseite auf die Schleifdruckseite des Bauteils wird gezielt die gegendruckseitige Seite, d.h. die auslassseitige Seite der Durchgangsöffnung bearbeitet, was zu einer besonders wirksamen Vergrößerung der Durchgangsöffnung führt. Die zum Nachweis einer nach außen verjüngten Kanalgeometrie und zur Umkehr der Strömung herangezogene Kenngröße kann insbesondere die zeitliche Änderung der Durchflussrate und/oder der Wandneigungswinkel an der gegendruckseitigen Kante der Durchgangsöffnung sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen, wodurch die in diesem Zusammenhang beschriebenen Vorteile erreicht werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung mit der Gegendruckerzeugungseinrichtung zum Steuern des Gegendrucks in Verbindung steht. Hierdurch kann ein unabhängiges Steuern des Schleifdrucks und des Gegendrucks realisiert werden. Bevorzugt können diese Drücke auch zu Beginn der Bearbeitung, zunächst durchflussratenunabhängig eingestellt werden. Hierdurch wird eine besonders präzise Bearbeitung der Durchgangsöffnung ermöglichst. Unter dem Steuern der Drücke kann erfindungsgemäß auch ein Regeln verstanden werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Kenngrößenerfassungseinrichtung zum Ermitteln mindestens einer Kenngröße der Durchgangsöffnung vorgesehen ist, und dass die Kenngrößenerfassungseinrichtung zum kenngrößenabhängigen Steuern einer Druckdifferenz zwischen dem Schleifdruck und dem Gegendruck mit der Steuerung in Verbindung steht. Bei der mindestens einen Kenngröße kann es sich insbesondere um eine der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Kenngrößen handeln, wodurch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Steuerung der Druckdifferenz und folglich der Durchflussrate des Abtragungsfluides in Abhängigkeit von den Abmessungen und der Geometrie der Durchgangsöffnung erfolgen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch:
Fig. 1
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Fig. 1 dargestellt. Die Vorrichtung weist einen Vorratsbehälter 22 zur Aufnahme von Abtragungsfluid auf. Der Vorratsbehälter 22 steht über ein erstes Absperrorgan 23 mit einer Schleifdruckkolbenpumpe 30 einer Schleifdruckerzeugungseinrichtung in Fluidverbindung, die einen zeitlich konstanten Volumenstrom und/oder einen zeitlich konstanten Druck des Abtragungsfluids erzeugen kann. Zur Steuerung des Pumpvolumens weist die Schleifdruckkolbenpumpe 30 eine Spindel 32 auf, die von einem als Schrittmotor ausgebildeten Motor 33 angetrieben wird und die zusammen mit einem Hydraulikzylinder 34 einen Kolben 31 der Schleifdruckkolbenpumpe 30 antreibt.
Über einen Durchflusssensor 25 einer nicht dargestellten Kenngrößenerfassungseinrichtung sowie ein zweites Absperrorgan 24 steht die Schleifdruckkolbenpume 30 seitens einer Einlaufseite 3 einer Durchgangsöffnung 10 in einem Bauteil 1 mit dieser Durchgangsöffnung 10 in Fluidverbindung. Zwischen der Schleifdruckkolbenpumpe 30 und dem zweiten Absperrorgan 24 ist ein Schleifdrucksensor 26 zum Bestimmen des Schleifdrucks oberstromig und einlaufseitig des Bauteils 1 vorgesehen. Die im Bauteil 1 befindliche und als Bohrung ausgebildete Durchgangsöffnung 10 wird beim erfindungsgemäßen Verfahren durch fließendes Abtragungsfluid insbesondere einlaufseitig an einer einlaufseitigen Einlasskante verrundet.
Seitens ihrer Auslaufseite 5 steht die Durchgangsöffnung 10 über ein drittes Absperrorgen 44 mit einer Gegendruckkolbenpumpe 40 einer Gegendruckerzeugungseinrichtung in Verbin-dung, die zum Erzeugen eines auslaufseitigen Gegendrucks dient. Die Gegendruckkolbenpumpe 40 ist hydraulisch betätigbar ausgebildet. Zwischen dem dritten Absperrsorgan 44 und der Gegendruckkolbenpumpe 40 ist ein Gegendrucksensor 46 zum Bestimmen des Gegendrucks angeordnet. Über ein viertes Absperrorgan 45 steht die Gegendruckkolbenpumpe 40 zum Entleeren mit einer Ablaufleitung 50 in Verbindung.
Die dargestellte Vorrichtung kann insbesondere zur Konstantdruckbearbeitung und/oder zur Konstantvolumenstrombearbeitung der Durchgangsöffnung 10 dienen. Bei der ersten Verfahrensvariante, der Konstantdruckbearbeitung, werden zu Beginn der Bearbeitung mittels der Schleifdruckkolbenpumpe 30 und der Gegendruckkolbenpumpe 40 die Drücke an der Einlaufseite 3 und an der Auslaufseite 5 des Bauteils 1 parallel aufgebaut, wodurch in der Durchgangsöffnung 10 noch keine Strömung des Abtragungsfluids erzeugt wird und somit keine effektive Bearbeitung der Durchgangsöffnung 10 erfolgt. Mit Erreichen eines auslaufseitigen Solldrucks, der mittels des Gegendrucksensors 46 bestimmt werden kann, wird der Gegendruckaufbau gestoppt und lediglich der einlaufseitige, d.h. der eingangsseitige Druck weiter gesteigert, bis ein Druck erreicht wird, der unter Ausbildung einer Druckdifferenz an der Durchgangsöffnung 10 geringfügig höher ist als der Solldruck und einen vergleichsweise geringen und langsamen Materialabtrag in der Durchgangsöffnung 10 gewährleistet. Bei dieser Druckdifferenz wird mittels des Durchflusssensors 25 eine Bestimmung des Durchflusses sowie der zeitlichen Durchflussänderung durchgeführt.
Weist das Ergebnis auf ein Bauteil 1 im oberen Durchflusstoleranzfeld hin, werden der Schleifdruck und der Gegendruck unverändert gelassen und die Bearbeitung wird fortgeführt.
Weist das Ergebnis auf ein Bauteil 1 im mittlerem Durchflusstoleranzfeld hin, wird der Gegendruck abgesenkt, wodurch der Materialabtrag an der eingangsseitige Kante der Durchgangsöffnung 10 und somit die Bearbeitungsgeschwindigkeit gesteigert wird.
Weist das Ergebnis auf ein Bauteil 1 im unteren Durchflusstoleranzfeld hin, wird der Gegendruck abgesenkt und gleichzeitig der Schleifdruck angehoben, wodurch der Materialabtrag an der eingangsseitigen Kante der Durchgangsöffnung 10 und somit die Bearbeitungsgeschwindigkeit weiter gesteigert wird.
Tritt während der Bearbeitung eine Stagnation des zeitlichen Anstieges des Durchflusses ein, so kann dies auf eine konisch nach außen, d.h. zur Auslaufseite 5 hin verjüngte Geometrie der Durchgangsöffnung 10 hinweisen. In diesem Fall kann der Gegendruck so weit angehoben, dass sich ein inverser Fluss, d.h. eine inverse Strömung des Abtragungsfluids durch die Durchgangsöffnung 10 einstellt und somit gezielt die Auslaufseite 5 bearbeitet wird, wodurch der Durchmesser der Durchgangsöffnung 10 besonders effizient vergrößert wird. Vor Erreichen eines gewünschten Sollwertes für den Durchfluss wird der Gegendruck wieder auf den vorherigen Wert abgesenkt und die Bearbeitung mit normaler Strömungsrichtung zu Ende geführt.
Die für die unterschiedlichen Bearbeitungsdrücke unterschiedlichen Solldurchflüsse werden von einer Steuerung für jedes Druckverhältnis individuell berechnet. Als Abschaltkriterium kann ein vom Durchflusssensor 25 gelieferter Wert verwendet werden.
Bei der zweiten Verfahrensvariante, der Konstantvolumenstrombearbeitung, werden zur Beginn der Bearbeitung ebenfalls mittels der Schleifdruckkolbenpumpe 30 und der Gegendruckkolbenpumpe 40 der Schleifdruck an der Einlaufseite 3 und der Gegendruck an der Auslaufseite 5 parallel aufgebaut, wodurch keine effektive Bearbeitung erfolgt. Mit Erreichen eines auslaufseitigen Solldrucks wird der Gegendruckaufbau gestoppt und der einlaufseitige Schleifdruck wird weiter gesteigert, bis unter Ausbildung einer Druckdifferenz ein Schleifdruck erreicht wird, der nur geringfügig höher ist als der Gegendruck, wodurch ein vergleichsweise geringer Materialabtrag gewährleistet wird. Bei diesem Druckverhältnis wird mittels des Durchflusssensors 25 eine Bestimmung des Durchflusses, d.h. der Durchflussrate durchgeführt.
Weist das Ergebnis auf ein Bauteil 1 im oberen Durchflusstoleranzfeld hin, wird mittels der Schleifdruckkolbenpumpe 30 der für dieses Druckverhältnis mittels einer Steuerung errechnete Solldurchfluss erzeugt, wobei der Gegendruck mittels der Gegendruckkolbenpumpe 40 unverändert gelassen und die Bearbeitung fortgeführt wird.
Weist das Ergebnis auf ein Bauteil 1 im mittleren Durchflusstoleranzfeld hin, wird mittels der Schleifdruckkolbenpumpe 30 der für dieses Druckverhältnis errechnete Solldurchfluss erzeugt, wobei der Gegendruck unverändert gelassen oder abgesenkt wird und die Bearbeitung fortgeführt wird.
Weist das Ergebnis auf ein Bauteil 1 im unteren Durchflusstoleranzfeld hin, wird der Schleifdruck angehoben, der Gegendruck abgesenkt und mittels der Schleifdruckkolbenpumpe 30 der für dieses Druckverhältnis errechnete Solldurchfluss erzeugt und die Bearbeitung fortgeführt.
Tritt während der Bearbeitung eine Stagnation der zeitlichen Änderung des Schleifdrucks oder der Durchflussrate ein, so kann dies auf eine konisch nach außen, d.h. zur Auslaufseite 5 hin verjüngte Geometrie der Durchgangsöffnung 10 hinweisen. In diesem Fall kann der Gegendruck so weit angehoben werden, dass sich eine inverse Strömung durch die Durchgangsöffnung 10 einstellt und somit diese Durchgangsöffnung 10 an der Auslaufseite 5 bearbeitet wird wodurch der Durchmesser der Durchgangsöffnung 10 besonders effizient vergrößert wird. Vor Erreichen eines gewünschten Sollwertes für den Durchfluss wird der Gegendruck wieder auf den vorherigen Wert abgesenkt und die Bearbeitung mit normaler Strömungsrichtung zu Ende geführt.
Die für die unterschiedlichen Bearbeitungsdrücke unterschiedlichen Solldurchflüsse können von einer Steuerung für jedes Druckverhältnis individuell errechnet werden. Als Abschaltkriterium kann ein vom Schleifdrucksensor 26, vom Gegendrucksensor 46 und/oder vom Durchflussmesssensor 25 gelieferte Wert verwendet werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung (10), insbesondere eines Ventilkanals, bei dem
    ein Abtragungsfluid auf einer Seite der Durchgangsöffnung (10) mit einem Schleifdruck und auf der anderen Seite der Durchgangsöffnung (10) mit einem Gegendruck beaufschlagt wird und
    das Abtragungsfluid unter Materialabtragung in der Durchgangsöffnung (10) in Strömung versetzt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zunächst der Gegendruck in etwa gleich dem Schleifdruck eingestellt wird und
    dass anschließend zum Erzeugen der Strömung eine Druckdifferenz zwischen dem Schleifdruck und dem Gegendruck eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einstellen der Druckdifferenz der Gegendruck zusammen mit dem Schleifdruck hochgefahren wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen der Druckdifferenz für die Strömung der Schleifdruck zunächst gegenüber dem Gegendruck erhöht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kenngröße der Durchgangsöffnung (10), insbesondere eine Durchflussrate, deren zeitliche Änderung, ein Durchmesser, eine Materialabtragungsrate, ein Druck und/oder ein Wandneigungswinkel, ermittelt wird und
    dass die Druckdifferenz in Abhängigkeit der mindestens einen Kenngröße eingestellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz zunächst auf einen vorher bestimmten, ersten Druckdifferenzwert eingestellt und die Kenngröße ermittelt wird, und
    dass die Druckdifferenz anschließend kenngrößenabhängig eingestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckdifferenzwert relativ zum Schleifdruck 5% bis 15%, insbesondere etwa 10% beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz invers zur Durchflussrate und/oder dem Durchmesser eingestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet , dass die Richtung der Strömung in der Durchgangsöffnung insbesondere kenngrößenabhängig umgekehrt wird.
  9. Vorrichtung zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung (10) mit einem Abtragungsfluid unter Strömung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit
    einer Schleifdruckerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Schleifdrucks im Abtragungsfluid auf einer Seite der Durchgangsöffnung (10),
    einer Gegendruckerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Gegendrucks im Abtragungsfluid auf der anderen Seite der Durchgangsöffnung (10) und
    einer Steuerung, die zum Steuern des Schleifdrucks mit der Schleifdruckerzeugungseinrichtung in Verbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuerung zudem mit der Gegendruckerzeugungseinrichtung zum Steuern des Gegendrucks in Verbindung steht.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Kenngrößenerfassungseinrichtung zum Ermitteln mindestens einer Kenngröße der Durchgangsöffnung (10) vorgesehen ist, und
    dass die Kenngrößenerfassungseinrichtung zum kenngrößenabhängigen Steuern einer Druckdifferenz zwischen dem Schleifdruck und dem Gegendruck mit der Steuerung in Verbindung steht.
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