EP1964645B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung, insbesondere in einem Kraftstoffinjektor - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung, insbesondere in einem Kraftstoffinjektor Download PDFInfo
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- EP1964645B1 EP1964645B1 EP20070004283 EP07004283A EP1964645B1 EP 1964645 B1 EP1964645 B1 EP 1964645B1 EP 20070004283 EP20070004283 EP 20070004283 EP 07004283 A EP07004283 A EP 07004283A EP 1964645 B1 EP1964645 B1 EP 1964645B1
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- calibration step
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- throughput test
- grinding
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- 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
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- 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
Definitions
- the invention relates to a method for processing a passage opening, in particular in a fuel injector, according to the preamble of claim 1.
- a method for processing a passage opening in particular in a fuel injector, according to the preamble of claim 1.
- an ablation fluid is passed through the passage opening with material removal.
- the invention further relates to a device for processing a passage opening, in particular in a fuel injector, with the features of the preamble of claim 10.
- a generic device has, inter alia, means for passing a Abtragungsfluids through the passage opening.
- a generic method for hydro-erosive rounding of an edge in a channel is from the WO 2004/004973 A1 known.
- a two-stage grinding process can be provided in which a high-viscosity liquid is ground to a definable distance from a target value in a first stage. Subsequently, in a second stage, a target fluid may be ground to the target value, the target fluid corresponding to a test oil that has been spiked with abrasive particles.
- the WO 99/58296 A1 discloses a system for processing a microhole having a plurality of processing stations, wherein a grinding station is traversed by a component twice in succession.
- the DE 101 51 461 A1 describes a grinding method using a magnetic field-sensitive grinding medium, wherein during the grinding process by varying the FetdGood a magnetic field, a desired material removal is set.
- Another method for processing a through hole is, for example, from DE 100 15 875 A1 known.
- This document teaches to provide a nozzle channel in a nozzle element whose diameter is smaller than a nominal diameter, and to enlarge the nozzle channel by passing an abrasive medium, wherein the abrasive medium has at least approximately the same rheological properties as the fuel provided for the injection valve.
- a grinding device in which a coarse or a fine abrasive medium can alternately be used is known from US Pat US 3,886,697 known.
- the EP 1 611 995 A1 discloses a method for abrasive machining of a passage opening of a component, which is initially operated with a constant abrasive pressure and then with a constant abrasive volume flow.
- hydroabrasive grinding processes are for example from DE 197 00 304 C1 and the EP 1 611 995 A1 known.
- the object of the invention is to develop a generic method and a generic device so that a particularly high machining precision is achieved with very short processing times.
- a basic idea of the invention can be seen in carrying out the hydroerosive grinding process at least in two stages, wherein ablation fluids which differ in at least one material property are used in the two different stages.
- the combination of two different ablation fluids makes it possible to exploit the desired processing properties of the individual ablation fluids without disturbing any undesirable properties that may be present.
- a high-precision flow calibration with low processing times can be achieved.
- the ablation fluids are conveniently liquids.
- the invention can be used in particular for processing through-openings of nozzles and throttles, wherein the through-opening can be, for example, a nozzle channel.
- the processing may on the one hand comprise a diameter extension of the passage opening.
- the machining may also include a rounding of inlet edges of the through-opening and / or a conification of the through-opening.
- the invention has recognized that with high erosion fluids, which are based on highly viscous media such as slurries and / or pastes and which are known from the so-called "abrasive flow machining", high degrees of rounding with low bore deformation can be achieved.
- the achievable flow tolerances may be insufficient for a number of applications.
- the invention makes it possible to combine the advantages of the two mentioned media, wherein undesired effects can be largely suppressed.
- a high-precision flow calibration of nozzles and throttles with high levels of rounding of typically 15 Up to 50% increase in flow can be achieved by rounding the nozzle inlet edges and simultaneous conification of the nozzle channels without significant negative impact on the nozzle geometry.
- the ablation fluids used in the various steps could have the same chemical composition and, for example, be passed through the passage opening at different temperatures, so that different viscosities are present.
- the two ablation fluids have a different chemical composition, so that a particularly simple and reliable process control is given.
- at least the ablation fluid used in the final calibration step has properties that are similar to those of an operating fluid for which the finished through-opening is provided.
- this ablation fluid may have fuel-like properties, in particular flow properties.
- the removal fluid used in the final calibration step has a lower abrasive action than the ablation fluid previously used in the grinding step.
- an aggressive abrasive medium is first used, which allows a fast grinding process with high levels of rounding with short processing times. Subsequently, a little aggressive abrasive medium, especially with fuel-like properties, is used, in which the grinding process is slower, so that a particularly accurate process control and precise flow calibration is given.
- the ablation fluid used in the final calibration step has a lower viscosity than the erosion fluid previously used in the grinding step. Since the abrasive effect usually correlates positively with the viscosity, such a procedure can easily achieve an accurate flow calibration with short processing times.
- Via procedure can easily achieve an accurate flow calibration with short processing times.
- Via procedure can easily achieve an accurate flow calibration with short processing times.
- Via procedure can easily achieve an accurate flow calibration with short processing times.
- the viscosities can be understood according to the invention, in particular the conditions prevailing at grinding conditions viscosities, ie the viscosities in the conditions prevailing in the abrasive passage through the passage opening conditions.
- the effort required to carry out the invention can be further reduced by the fact that the ablation fluid used in the final calibration step has a lower abrasive grain content than the ablation fluid previously used in the grinding step. Since the aggressiveness of an abrasive medium usually also positively correlated with the abrasive grain content, the advantageous short processing times can be realized in a particularly simple manner by precise variation of the abrasive grain content in the individual steps with precise flow calibration.
- the machining precision is further improved according to the invention by determining the abrasive progress during the grinding step and terminating the grinding step when the abrasive advance has reached a target value that differs from a desired final value by a predetermined value.
- a target value which is below the desired final value, so that the final processing can be carried out to the desired end value in the subsequent finishing calibration step.
- the abrasion progress may, in particular, be understood as meaning the degree of rounding of the passage opening.
- a particularly simple procedure is given according to the invention in that a flow of the abrasive fluid through the passage opening is measured to determine the abrasive progress.
- the flow rate or the flow rate can be determined, these parameters are at a predetermined pressure in connection with the dimensions of the passage opening.
- Such an embodiment is particularly advantageous when working with a constant Abrasivfluiddruck.
- a flow test is carried out in which preferably a test fluid is passed through the passage opening.
- a flow rate test is performed at a time when no material removal takes place, which allows a particularly high accuracy.
- the finish-calibrating step is performed depending on the result of the flow-through test, which may be advantageous in particular for high component throughput with high machining precision.
- it can be provided to completely eliminate the finished calibration step in a particular case if the component properties existing after the grinding step are already within the desired final tolerance range.
- the abrasive progress may still be determined, for example, by determining the flow or pressure of the abrasive fluid, and making the duration of the finish calibration step dependent on the abrasive advance determined thereby.
- the control mode of the finish calibration step is made dependent on the result of the flow test.
- the control in the final calibration step depending on the result of the flow test time-controlled or progressively controlled.
- Time control means that the finished calibration step is ended after a predetermined time has elapsed.
- progress control it is meant that the abrasive progress in finish calibration is measured and the duration of the finish calibration step is dependent on the particular abrasive advance.
- the progress control may be a flow control in which, during the finish calibration step, the flow of the abrasive fluid is determined and upon reaching a target value for the flow, the finish calibration is completed becomes.
- the through-hole between the grinding step and the finished calibration step is cleaned by passing a cleaning fluid.
- a cleaning fluid may have the same properties as the test fluid.
- a back pressure is generated downstream of the passage opening during the grinding step, the finished calibration step and / or the flow test.
- a back pressure is generated downstream of the passage opening during the grinding step, the finished calibration step and / or the flow test.
- a further purification step and / or a further flow test are carried out, for which purpose a corresponding cleaning fluid or test fluid can be passed through the passage opening. If one or more flow test steps are provided, these can be reversibly formed and it can be worked with or without back pressure.
- a feature resides in the fact that for the subsequent finish-calibrating, means for passing a further removal fluid differ Texture are provided through the passage opening.
- the device according to the invention can be set up in particular for carrying out the method according to the invention, whereby the advantages explained in this connection can be achieved.
- the invention allows for high levels of rounding a particularly precise flow calibration. Even with complex geometries of the through holes unwanted bore deformations can be largely avoided.
- the integrated component cleaning makes it possible to largely prevent unwanted component contamination.
- the inventive method and the device according to the invention allow an integrated process control and regulation, wherein the two successive grinding processes can be controlled on the basis of flow measurements and / or pressure measurements.
- FIG. 1 A device according to the invention for carrying out the method according to the invention is shown schematically in FIG. 1 shown.
- the apparatus comprises a grinding station 1 for the grinding step, a first cleaning station 2, a first flow testing station 3, a second grinding station 4 for the finishing calibration step, a second cleaning station 5 and a second flow testing station 6.
- a conveyor not shown in detail is provided, which may be formed, for example, as a rotary table conveyor or as a linear conveyor.
- the first grinding station 1 has a pressure generating device 11, by means of which the abrading means used in the first grinding step is subjected to a pressure.
- a line 12 for supplying the Abtragungsfluides to the through hole 7 is provided.
- a discharge device 13 is arranged for the Abtragungsfluid, which may optionally serve for the preparation of Abtragungsfluides and / or for generating counter pressure.
- a measuring device 16 is provided in the line 12, which may have, for example, a pressure detection device and / or a flow measuring device for determining the removal progress.
- the second grinding station 4 for finishing calibration is constructed analogously to the first grinding station 1 and has, just like the latter, a pressure generating device 41, a line 42, an evacuation device 43 and a measuring device 46 for ablation fluid, the nature of which in the two grinding stations 1 and 4 respectively used grinding media.
- the cleaning station 2 has a pressure generating device 21 for pressurizing a cleaning fluid and a line 22 for supplying the cleaning fluid to the passage opening 7. Further, a discharge device 23 is provided downstream of the passage opening 7, which can also serve for the treatment of the cleaning fluid. Accordingly, the second cleaning station 5 has a pressure generating device 51, a line 52 and a discharge device 53.
- the flow-through test station 3 has a pressure-generating device 31 for applying test fluid at a pressure and a line 32 for supplying the test fluid from the pressure-generating device 31 to the through-opening 7. Downstream of the passage opening 7, in turn, a discharge device 33 is provided. In the course of the line 32, a measuring device 36 for detecting the pressure and / or the flow at the passage opening 7 is provided.
- the second flow testing station 6 has, in an analogous manner, a pressure generating device 61, a line 62, a measuring device 66 and a discharge device 63.
- the device according to the invention thus has two separate, self-contained grinding circuits, which are provided in the grinding stations 1 and 4. Furthermore, two separate cleaning circuits are given in the cleaning stations 2 and 5.
- FIG. 2 A process flow diagram for explaining the method according to the invention is shown in FIG. 2 shown.
- the component is subjected to a grinding step 70 in which a first ablation fluid is passed through the passage opening of the component.
- a grinding step 70 the progress of the removal, in particular the flow rate at constant removal fluid pressure, is measured. If the removal progress, in particular the flow rate, reaches a predetermined value, for example 3% below a target value, the grinding step 70 is ended.
- a cleaning step 71 is carried out, in which remaining removal fluid is removed from the passage opening.
- a cleaning fluid is passed through the passage opening.
- the through-opening is then subjected to a flow-through test 72 in which a test fluid is passed through the through-opening, in which case, for example, the pressure and / or the flow of the test fluid at the through-opening is determined.
- the passage opening of the component is already in the final value tolerance range, which can be, for example, ⁇ 0.5%. If this is the case, then the further-provided finished calibration step 75 is skipped and the passage opening is immediately cleaned in a further cleaning step 77. Finally, the passage opening is checked in a further flow test 78.
- the subsequent finish calibration step 75 is carried out in a time-controlled manner, ie it is terminated after a predetermined time. If the deviation is greater, then the subsequent finish calibration step 75 "is flow controlled, ie, during the finish calibration step 75", the abrasive progress is based on flow measurements and the processing stops when a target value for the flow is reached.
- the components go through the cleaning step 77 and the final flow test 78.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung, insbesondere in einem Kraftstoffinjektor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einem solchen Verfahren wird unter anderem in einem Schleifschritt ein Abtragungsfluid unter Materialabtrag durch die Durchgangsöffnung geleitet.
- Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung, insbesondere in einem Kraftstoffinjektor, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10. Eine gattungsgemäße Vorrichtung weist unter anderem Mittel zum Durchleiten eines Abtragungsfluids durch die Durchgangsöffnung auf.
- Ein gattungsgemäßes Verfahren zum hydro-erosiven Verrunden einer Kante in einem Kanal ist aus der
WO 2004/004973 A1 bekannt. Gemäß dieser Druckschrift kann ein zweistufiges Schleifverfahren vorgesehen sein, bei dem in einer ersten Stufe mit einer hochviskosen Flüssigkeit bis zu einem festlegbaren Abstand von einem Zielwert geschliffen wird. Anschließend kann in einer zweiten Stufe mit einem Zielfluid auf den Zielwert geschliffen werden, wobei das Zielfluid einem Prüföl entspricht, das mit Schleifpartikeln versetzt ist. - Die
WO 99/58296 A1 - Die
DE 101 51 461 A1 beschreibt ein Schleifverfahren unter Einsatz eines magnetfeldempfindlichen Schleifmediums, wobei während des Schleifvorganges durch Variation der Fetdstärke eines Magnetfeldes ein gewünschter Materialabtrag eingestellt wird. - Ein weiteres Verfahren zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung ist beispielsweise aus der
DE 100 15 875 A1 bekannt. Diese Druckschrift lehrt, in einem Düsenelement einen Düsenkanal vorzusehen, dessen Durchmesser kleiner als ein Solldurchmesser ist, und den Düsenkanal durch Durchleiten eines Abrasivmediums zu vergrößern, wobei das Abrasivmedium zumindest annähernd die gleichen rheologischen Eigenschaften wie der für das Einspritzventil vorgesehene Brennstoff aufweist. - Eine Schleifvorrichtung, bei der abwechselnd ein grobes oder ein feines Abrasivmedium zum Einsatz kommen kann, ist aus der
US 3,886,697 bekannt. DieEP 1 611 995 A1 offenbart ein Verfahren zum abrasiven Bearbeiten einer Durchgangsöffnung eines Bauteils, bei dem zunächst mit konstantem Schleifmitteldruck und dann mit konstantem Schleifmittelvolumenstrom gearbeitet wird. - Weitere hydroabrasive Schleifverfahren sind beispielsweise aus der
DE 197 00 304 C1 und derEP 1 611 995 A1 bekannt. - Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung so weiterzubilden, dass bei besonders kurzen Bearbeitungszeiten eine besonders hohe Bearbeitungspräzision erreicht wird.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass in einem an den Schleifschritt anschließenden Fertigkalibrierungsschritt ein weiteres Abtragungsfluid unterschiedlicher Beschaffenheit unter Materialabtrag durch die Durchgangsöffnung geleitet wird.
- Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, den hydroerosiven Schleifprozess zumindest zweistufig durchzuführen, wobei in den beiden verschiedenen Stufen Abtragungsfluide zum Einsatz kommen, die sich in zumindest einer Materialeigenschaft unterscheiden. Die Kombination zweier unterschiedlicher Abtragungsfluide erlaubt es, die erwünschten Bearbeitungseigenschaften der einzelnen Abtragungsfluide auszunutzen, ohne dass gegebenenfalls vorhandene unerwünschte Eigenschaften störend zu Tage treten. Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine hochpräzise Durchflusskalibrierung bei geringen Bearbeitungszeiten erreicht werden. Bei den Abtragungsfluiden handelt es sich zweckmäßigerweise um Flüssigkeiten.
- Die Erfindung kann insbesondere zur Bearbeitung von Durchgangsöffnungen von Düsen und Drosseln eingesetzt werden, wobei die Durchgangsöffnung beispielsweise ein Düsenkanal sein kann. Die Bearbeitung kann einerseits eine Durchmessererweiterung der Durchgangsöffnung umfassen. Insbesondere kann die Bearbeitung aber auch eine Verrundung von Einlasskanten der Durchgangsöffnung und/oder eine Konifizierung der Durchgangsöffnung beinhalten.
- Die Erfindung hat erkannt, dass mit Abtragungsfluiden, die auf hochviskosen Medien wie beispielsweise Schlämmen und/oder Pasten basieren und die aus dem so genannten "abrasive flow machining" bekannt sind, hohe Verrundungsgrade bei geringer Bohrungsdeformation erreichbar sind. Die hierbei erzielbaren Durchflusstoleranzen können jedoch für eine Reihe von Anwendungen unzureichend sein.
- Andererseits können mit Abtragungsfluiden, die auf niedrigviskosen Medien basieren und die beim so genannten "hydroerosive grinding" eingesetzt werden, zwar bei niedrigen Verrundungsgraden von typischerweise <15% sehr gute Durchflusstoleranzen erreicht werden. Bei höheren Verrundungsgraden steigt jedoch die Gefahr einer unerwünschten Bohrungsdeformation, was mit einer Verschlechterung der Durchflusstoleranzen einhergehen kann. Die beim "hydroerosive grinding" eingesetzten Medien können somit insbesondere bei hohen Verrundungsgraden nicht unproblematisch sein.
- Die Erfindung ermöglicht es, die Vorteile der beiden genannten Medien zu kombinieren, wobei unerwünschte Effekte weitestgehend unterdrückt werden können. Indem beim ersten Schleifschritt die beispielsweise aus dem "abrasive flow machining" bekannten hochviskosen Schlämme und Pasten und im anschließenden Fertigkalibrierungsschritt die beispielsweise aus dem "hydroerosive grinding" bekannten niedrigviskosen Medien eingesetzt werden, kann eine hochpräzise Durchflusskalibrierung von Düsen und Drosseln mit hohen Verrundungsgraden von typischerweise 15 bis 50% Durchflusszunahme durch Verrundung der Düseneinlasskanten und gleichzeitiger Konifizierung der Düsenkanäle ohne nennenswerte negative Beeinträchtigung der Düsengeometrie erreicht werden.
- Grundsätzlich könnten die in den verschiedenen Schritten eingesetzten Abtragungsfluide dieselbe chemische Zusammensetzung aufweisen und beispielsweise mit unterschiedlicher Temperatur durch die Durchgangsöffnung geleitet werden, so dass unterschiedliche Viskositäten gegeben sind. Besonders bevorzugt ist es jedoch, dass die beiden Abtragungsfluide eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen, so dass eine besonders einfache und zuverlässige Verfahrensführung gegeben ist. Für eine besonders hohe Präzision ist es vorteilhaft, dass zumindest das im Fertigkalibrierungsschritt eingesetzte Abtragungsfluid Eigenschaften aufweist, die denen eines Betriebsfluides ähneln, für welches die fertige Durchgangsöffnung vorgesehen ist. Beispielsweise bei der Bearbeitung von Kraftstoffinjektoren kann dieses Abtragungsfluid kraftstoffähnliche Eigenschaften, insbesondere Fließeigenschaften, aufweisen.
- Besonders vorteilhaft ist es nach der Erfindung, dass das im Fertigkalibrierungsschritt eingesetzte Abtragungsfluid eine geringere Abrasivwirkung aufweist als das zuvor im Schleifschritt eingesetzte Abtragungsfluid. Gemäß dieser Ausführungsform wird zunächst ein aggressives Schleifmedium eingesetzt, das einen schnellen Schleifprozess mit hohen Verrundungsgraden bei kurzen Bearbeitungszeiten ermöglicht. Anschließend wird ein wenig aggressives Schleifmedium, insbesondere mit brennstoffähnlichen Eigenschaften eingesetzt, bei dem der Schleifprozess langsamer ist, so dass eine besonders genaue Prozesskontrolle und präzise Durchflusskalibrierung gegeben ist.
- Nach der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, dass das im Fertigkalibrierungsschritt eingesetzte Abtragungsfluid eine geringere Viskosität aufweist als das zuvor im Schleifschritt eingesetzte Abtragungsfluid. Da die Abrasivwirkung in der Regel positiv mit der Viskosität korreliert, kann durch solch eine Verfahrensführung in einfacher Weise eine genaue Durchflusskalibrierung bei kurzen Bearbeitungszeiten erzielt werden. Unter den Viskositäten können nach der Erfindung insbesondere die bei Schleifbedingungen herrschenden Viskositäten verstanden werden, also die Viskositäten bei den beim abtragenden Durchströmen der Durchgangsöffnung herrschenden Bedingungen.
- Der zur Durchführung der Erfindung erforderliche Aufwand kann weiter dadurch verringert werden, dass das im Fertigkalibrierungsschritt eingesetzte Abtragungsfluid einen geringeren Schleifkornanteil aufweist als das zuvor im Schleifschritt eingesetzte Abtragungsfluid. Da die Aggressivität eines Schleifmediums in der Regel auch positiv mit dem Schleifkornanteil korreliert, können durch Variation des Schleifkornanteils in den einzelnen Schritten die vorteilhaften kurzen Bearbeitungszeiten bei präziser Durchflusskalibrierung in besonders einfacher Weise realisiert werden.
- Die Bearbeitungspräzision wird nach der Erfindung weiter dadurch verbessert, dass während des Schleifschrittes der Abrasivfortschritt bestimmt wird und der Schleifschritt beendet wird, wenn der Abrasivfortschritt einen Zielwert erreicht hat, der sich um einen vorher bestimmten Wert von einem gewünschten Endwert unterscheidet. Gemäß dieser Ausführungsform kann im schnellen Schleifschritt rasch auf einen Zielwert hingearbeitet werden, der unterhalb des gewünschten Endwertes liegt, so dass die abschließende Bearbeitung auf den gewünschten Endwert hin im anschließenden Fertigkalibrierungsschritt erfolgen kann. Unter dem Abrasivfortschritt kann insbesondere der Verrundungsgrad der Durchgangsöffnung verstanden werden.
- Eine besonders einfache Verfahrensführung ist nach der Erfindung dadurch gegeben, dass zum Bestimmen des Abrasivfortschrittes eine Strömung des Abrasivfluides durch die Durchgangsöffnung gemessen wird. Beispielsweise kann die Strömungsgeschwindigkeit oder die Durchflussrate bestimmt werden, wobei diese Parameter bei vorgegebenem Druck in einem Zusammenhang mit den Abmessungen der Durchgangsöffnung stehen. Eine solche Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit einem konstanten Abrasivfluiddruck gearbeitet wird. Alternativ ist es auch möglich, zur Bestimmung des Abrasivfortschrittes den Druckabfall über der Durchgangsöffnung zu bestimmen, was insbesondere bei konstanter Abrasivfluidströmung vorteilhaft ist.
- Zur weiteren Erhöhung der Bearbeitungspräzision ist es vorteilhaft, dass, insbesondere zwischen dem Schleifschritt und dem Fertigkalibrierungsschritt, eine Durchflussprüfung durchgeführt wird, bei der bevorzugt ein Prüffluid durch die Durchgangsöffnung geleitet wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Durchflussprüfung zu einem Zeitpunkt durchgeführt, zu dem kein Materialabtrag stattfindet, was eine besonders hohe Genauigkeit erlaubt. Durch die Verwendung eines eigenständigen Prüffluides, das vorzugweise nichtabrasiv ausgebildet ist, kann die Messpräzision erhöht werden.
- Erfindungsgemäß wird der Fertigkalibrierungsschritt abhängig vom Ergebnis der Durchflussprüfung durchgeführt, was insbesondere für einen hohen Bauteildurchsatz bei hoher Bearbeitungspräzision vorteilhaft sein kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, den Fertigkalibrierungsschritt im Einzelfall vollständig entfallen zu lassen, wenn die nach dem Schleifschritt bestehenden Bauteileigenschaften bereits innerhalb des gewünschten Endtoleranzbereiches liegen. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Betriebsparameter des Fertigkalibrierungsschrittes, beispielsweise die Bearbeitungsdauer, in Abhängigkeit vom Ergebnis der Durchflussprüfung zu wählen. Es kann jedoch auch während des Fertigkalibrierungsschrittes weiterhin der Abrasivfortschritt bestimmt werden, beispielsweise durch Bestimmung der Strömung oder des Druckes des Abrasivfluides, und die Dauer des Fertigkalibrierungsschrittes vom hierbei bestimmten Abrasivfortschritt abhängig gemacht werden.
- Nach der Erfindung wird der Steuerungsmodus des Fertigkalibrierungsschrittes vom Ergebnis der Durchflussprüfung abhängig gemacht. So ist vorgesehen, dass die Steuerung im Fertigkalibrierungsschritt je nach Ergebnis der Durchflussprüfung zeitgesteuert oder fortschrittgesteuert erfolgt. Unter Zeitsteuerung ist dabei zu verstehen, dass der Fertigkatibrierungsschritt nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit beendet wird. Unter Fortschrittsteuerung ist zu verstehen, dass der Abrasivfortschritt beim Fertigkalibrieren gemessen wird und die Dauer des Fertigkalibrierungsschrittes vom hierbei bestimmten Abrasivfortschritt abhängig gemacht. Die Fortschrittsteuerung kann insbesondere eine Flusssteuerung sein, bei der während des Fertigkalibrierungsschrittes die Strömung des Abrasivfluides bestimmt wird und bei Erreichen eines Zielwertes für die Strömung die Fertigkalibrierung beendet wird. Grundsätzlich kann auch eine Drucksteuerung vorgesehen sein, bei der der Druck über der Durchgangsöffnung gemessen wird und die Fertigkalibrierung bei Erreichen eines Zielwertes für den Druck beendet wird. Besonders vorteilhaft ist es, dass bei großen Abweichungen der bei der Durchflussprüfung bestimmten Bauteileigenschaften von den gewünschten Endwerten eine Fortschrittsteuerung und bei kleinen Abweichungen eine Zeitsteuerung vorgesehen wird.
- Im Hinblick auf die Präzision ist es weiterhin vorteilhaft, dass die Durchgangsöffnung zwischen dem Schleifschritt und dem Fertigkalibrierungsschritt durch Durchleiten eines Reinigungsfluides gereinigt wird. Hierdurch können unerwünschte Vermischungen der beiden Schleiffluide vermieden werden, die Präzisionseinbußen zur Folge haben könnten. Sofern zwischen dem Schleifschritt und dem Fertigkalibrierungsschritt eine Durchflussprüfung durchgeführt wird, wird der Reinigungschritt geeigneterweise vor dieser Durchflussprüfung durchgeführt, so dass Verunreinigungen des Prüffluides entgegengewirkt wird und eine besonders hohe Präzision bei der Durchflussprüfung gegeben ist. Grundsätzlich kann das Reinigungsfluid dieselbe Beschaffenheit aufweisen wie das Prüffluid.
- Weiterhin ist es nach der Erfindung vorteilhaft, das beim Schleifschritt, dem Fertigkalibrierungsschritt und/oder der Durchflussprüfung abströmseitig der Durchgangsöffnung ein Gegendruck erzeugt wird. Mit einem solchen Gegendruck kann unerwünschten Kavitationseffekten im Bereich der Durchgangsöffnung entgegengewirkt werden und somit eine besonders hohe Präzision erreicht werden. Darüber hinaus ermöglicht es dieser Gegendruck, die beim Betrieb eines Kraftstoffinjektors herrschenden Druckverhältnisse nachzubilden, so dass insbesondere eine besonders aussagekräftige Durchflussmessung gegeben ist.
- Nach der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, dass im Anschluss an den Fertigkalibrierungsschritt ein weiterer Reinigungsschritt und/oder eine weitere Durchflussprüfung durchgeführt werden, wozu ein entsprechendes Reinigungsfluid beziehungsweise Prüffluid durch die Durchgangsöffnung geleitet werden kann. Sofern ein oder mehrere Durchflussprüfungsschritte vorgesehen sind, können diese reversibel ausgebildet sein und es kann dabei mit oder ohne Gegendruck gearbeitet werden.
- Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt ein Merkmal darin, dass zum anschließenden Fertigkalibrieren Mittel zum Durchleiten eines weiteren Abtragungsfluides unterschiedlicher Beschaffenheit durch die Durchgangsöffnung vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sein, wodurch sich die in diesem Zusammenhang erläuterten Vorteile erzielen lassen.
- Die Erfindung ermöglicht bei hohen Verrundungsgraden eine besonders präzise Durchflusskalibrierung. Auch bei komplexen Geometrien der Durchgangsöffnungen können dabei unerwünschte Bohrungsdeformationen weitgehend vermieden werden. Die integrierte Bauteilreinigung ermöglicht es, unerwünschte Bauteilverschmutzungen weitgehend zu unterbinden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben eine integrierte Prozesskontrolle und -regelung, wobei die beiden aufeinander folgenden Schleifprozesse auf Grundlage von Durchflussmessungen und/oder Druckmessungen kontrolliert werden können.
- Experimente haben gezeigt, dass mit der Erfindung bei einer mittleren Bearbeitungsdauer, d.h. Taktzeit, von etwa 40 s Verrundungsgrade von bis zu 40% und mehr bei Durchflusstoleranzen < ±1% mit einem Fähigkeitsindex Cpk> 1,66 erreichbar sind.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- Fig. 2
- ein Prozessflussbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in
Figur 1 dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Schleifstation 1 für den Schleifschritt, eine erste Reinigungsstation 2, eine erste Durchflussprüfstation 3, eine zweite Schleifstation 4 für den Fertigkalibrierungsschritt, eine zweite Reinigungsstation 5 und eine zweite Durchflussprüfstation 6 auf. Zum Durchführen von Werkstücken 8, die jeweils mit einer Durchgangsöffnung 7 ausgebildet sind, in Pfeilrichtung 9 durch die einzelnen Stationen 1 bis 6 ist eine nicht im Detail dargestellte Fördereinrichtung vorgesehen, die beispielsweise als Rundtischförderer oder als Linearförderer ausgebildet sein kann. - Die erste Schleifstation 1 weist eine Druckerzeugungseinrichtung 11 auf, durch welche das im ersten Schleifschritt verwendete Abtragungsmittel mit einem Druck beaufschlagt wird. An der Druckerzeugungseinrichtung 11 ist eine Leitung 12 zum Zuführen des Abtragungsfluides zur Durchgangsöffnung 7 vorgesehen. Abströmseitig der Durchgangsöffnung 7 ist eine Abführeinrichtung 13 für das Abtragungsfluid angeordnet, die gegebenenfalls zur Aufbereitung des Abtragungsfluides und/oder zur Gegendruckerzeugung dienen kann. Oberstromig der Durchgangsöffnung 7 ist in der Leitung 12 eine Messeinrichtung 16 vorgesehen, die beispielsweise eine Druckerfassungseinrichtung und/oder eine Durchflussmesseinrichtung zur Bestimmung des Abtragungsfortschrittes aufweisen kann.
- Die zweite Schleifstation 4 zum Fertigkalibrieren ist analog zur ersten Schleifstation 1 aufgebaut und weist ebenso wie diese eine Druckerzeugungseinrichtung 41, eine Leitung 42, eine Abführeinrichtung 43 sowie eine Messeinrichtung 46 für Abtragungsfluid auf, wobei sich die Beschaffenheit der in den beiden Schleifstationen 1 und 4 jeweils verwendeten Schleifmedien unterscheidet.
- Die Reinigungsstation 2 weist eine Druckerzeugungseinrichtung 21 zum Beaufschlagen eines Reinigungsfluides mit Druck sowie eine Leitung 22 zum Zuführen des Reinigungsfluides zur Durchgangsöffnung 7 auf. Ferner ist eine Abführeinrichtung 23 unterstromig der Durchgangsöffnung 7 vorgesehen, die auch zum Aufbereiten des Reinigungsfluids dienen kann. Entsprechend weist die zweite Reinigungsstation 5 eine Druckerzeugungseinrichtung 51, eine Leitung 52 sowie eine Abführeinrichtung 53 auf.
- Die Durchflussprüfstation 3 weist eine Druckerzeugungseinrichtung 31 zum Beaufschlagen von Prüffluid mit einem Druck sowie eine Leitung 32 zum Zuführen des Prüffluides von der Druckerzeugungseinrichtung 31 zur Durchgangsöffnung 7 auf. Abstromseitig der Durchgangsöffnung 7 ist wiederum eine Abführeinrichtung 33 vorgesehen. Im Verlauf der Leitung 32 ist eine Messeinrichtung 36 zum Erfassen des Druckes und/oder des Durchflusses an der Durchgangsöffnung 7 vorgesehen.
- Die zweite Durchflussprüfstation 6 weist in analoger Weise eine Druckerzeugungseinrichtung 61, eine Leitung 62, eine Messeinrichtung 66 sowie eine Abführeinrichtung 63 auf.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist somit zwei getrennte, autarke Schleifkreise auf, die in den Schleifstationen 1 und 4 gegeben sind. Ferner sind in den Reinigungsstationen 2 und 5 zwei getrennte Reinigungskreise gegeben.
- Ein Prozessflussbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in
Figur 2 dargestellt. - Zu Beginn des Prozesses wird das Bauteil einem Schleifschritt 70 unterzogen, in dem ein erstes Abtragungsfluid durch die Durchgangsöffnung des Bauteiles geleitet wird. Während des Schleifschrittes 70 wird der Abtragungsfortschritt, insbesondere der bei konstantem Abtragungsfluiddruck bestehende Durchfluss gemessen. Erreicht der Abtragungsfortschritt, insbesondere der Durchfluss, einen vorbestimmten Wert, der beispielsweise 3% unter einem Zielwert liegt, so wird der Schleifschritt 70 beendet.
- Anschließend wird ein Reinigungsschritt 71 durchgeführt, in welchem verbleibendes Abtragungsfluid aus der Durchgangsöffnung entfernt wird. Hierzu wird ein Reinigungsfluid durch die Durchgangsöffnung geleitet.
- Sodann wird die Durchgangsöffnung einer Durchflussprüfung 72 unterzogen, bei der ein Prüffluid durch die Durchgangsöffnung geleitet wird, und hierbei beispielsweise der Druck und/oder der Durchfluss des Prüffluides an der Durchgangsöffnung bestimmt wird.
- Im anschließenden Schritt 73 wird anhand der bei der Durchflussprüfung 72 ermittelten Werte geprüft, ob sich die Durchgangsöffnung des Bauteiles bereits im Endwerttoleranzbereich befindet, der beispielsweise ± 0,5% betragen kann. Ist dies der Fall, so wird der weiter vorgesehene Fertigkalibrierungsschritt 75 übersprungen und die Durchgangsöffnung sogleich in einem weiteren Reinigungsschritt 77 gereinigt. Abschließend wird die Durchgangsöffnung in einer weiteren Durchflussprüfung 78 geprüft.
- Liegt das Bauteil nicht in der Endwerttoleranz, so wird im Schritt 74 die Größe der Abweichung von der Endwerttoleranz geprüft. Bei einer kleinen Abweichung vom vorgesehenen Endwert, die beispielsweise geringer als 2% sein kann, wird der anschließende Fertigkalibrierungsschritt 75' zeitgesteuert durchgeführt, d.h. er wird nach einer vorher bestimmten Zeit abgebrochen. Ist die Abweichung größer, so wird der anschließende Fertigkalibrierungsschritt 75" flussgesteuert durchgeführt, d.h. während des Fertigkalibrierungsschrittes 75" wird der Abrasivfortschritt auf Grundlage von Durchflussmessungen bestimmt und die Bearbeitung bei Erreichen eines Zielwertes für den Durchfluss abgebrochen.
- Im Anschluss an den Fertigkalibrierungsschritt 75 durchlaufen die Bauteile den Reinigungsschritt 77 sowie die abschließende Durchflussprüfung 78.
Claims (10)
- Verfahren zum Bearbeiten einer Durchgangsöffnung (7), insbesondere in einem Kraftstoffinjektor, bei dem- in einem Schleifschritt (70) ein Abtragungsfluid unter Materialabtrag durch die Durchgangsöffnung (7) geleitet wird, und- in einem anschließenden Fertigkalibrierungsschritt (75) ein weiteres Abtragungsfluid unterschiedlicher Beschaffenheit unter Materialabtrag durch die Durchgangsöffnung (7) geleitet wird,dadurch gekennzeichnet,- dass zwischen dem Schleifschritt (70) und dem Fertigkalibrierungsschritt (75) eine Durchflussprüfung (72) durchgeführt wird, und- dass der Fertigkalibrierungsschritt (75) abhängig vom Ergebnis der Durchflussprüfung (72) durchgeführt wird,- wobei ein Steuerungsmodus des Fertigkalibrierungsschrittes (75) vom Ergebnis der Durchflussprüfung abhängig gemacht wird und eine Steuerung im Fertigkalibrierungsschritt je nach Ergebnis der Durchflussprüfung (72) zeitgesteuert oder fortschrittgesteuert erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das im Fertigkalibrierungsschritt (75) eingesetzte Abtragungsfluid eine geringere Abrasivwirkung aufweist als das zuvor im Schleifschritt (70) eingesetzte Abtragungsfluid. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das im Fertigkalibrierungsschritt (75) eingesetzte Abtragungsfluid eine geringere Viskosität aufweist als das zuvor im Schleifschritt (70) eingesetzte Abtragungsfluid. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das im Fertigkalibrierungsschritt (75) eingesetzte Abtragungsfluid einen geringeren Schleifkornanteil aufweist als das zuvor im Schleifschritt (70) eingesetzte Abtragungsfluid. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass während des Schleifschrittes (70) der Abrasivfortschritt bestimmt wird und der Schleifschritt (70) beendet wird, wenn der Abrasivfortschritt einen Zielwert erreicht hat, der sich um einen vorher bestimmten Wert von einem gewünschten Endwert unterscheidet. - Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Bestimmen des Abrasivfortschrittes eine Strömung des Abrasivfluids durch die Durchgangsöffnung (7) gemessen wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,- dass bei der Durchflussprüfung (72) ein Prüffluid durch die Durchgangsöffnung (7) geleitet wird,- dass bei großen Abweichungen der bei der Durchflussprüfung (72) bestimmten Bauteileigenschaften von den gewünschten Endwerten eine Fortschrittsteuerung und bei kleinen Abweichungen eine Zeitsteuerung vorgesehen wird, und/oder- dass die Fortschrittsteuerung eine Flusssteuerung ist. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchgangsöffnung (7) zwischen dem Schleifschritt (70) und dem Fertigkalibrierungsschritt (75), insbesondere vor der Durchflussprüfung (72), durch Durchleiten eines Reinigungsfluides gereinigt wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass beim Schleifschritt (70), dem Fertigkalibrierungsschritt (75) und/oder der Durchflussprüfung (72, 78) abströmseitig der Durchgangsöffnung (7) ein Gegendruck erzeugt wird. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit- Mitteln zum Durchleiten eines Abtragungsfluids durch die Durchgangsöffnung (7),- wobei zum anschließenden Fertigkalibrieren Mittel zum Durchleiten eines weiteren Abtragungsfluids unterschiedlicher Beschaffenheit durch die Durchgangsöffnung (7) vorgesehen sind,dadurch gekennzeichnet,- dass Mittel zum Durchführen einer Durchflussprüfung (72) zwischen dem Schleifschritt (70) und dem Fertigkalibrierungsschritt (75) vorgesehen sind, und- dass Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, den Fertigkalibrierungsschritt (75) abhängig vom Ergebnis der Durchflussprüfung (72) durchzuführen, wobei ein Steuerungsmodus des Fertigkalibrierungsschrittes (75) vom Ergebnis der Durchflussprüfung abhängig gemacht wird und eine Steuerung im Fertigkalibrierungsschritt je nach Ergebnis der Durchflussprüfung (72) zeitgesteuert oder fortschrittgesteuert erfolgt.
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