WO2003082506A1 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten mindestens eines strömungskanals eines werkstücks mit einer arbeitsflüssigkeit - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten mindestens eines strömungskanals eines werkstücks mit einer arbeitsflüssigkeit Download PDF

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WO2003082506A1
WO2003082506A1 PCT/DE2003/000976 DE0300976W WO03082506A1 WO 2003082506 A1 WO2003082506 A1 WO 2003082506A1 DE 0300976 W DE0300976 W DE 0300976W WO 03082506 A1 WO03082506 A1 WO 03082506A1
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flow channel
workpiece
working fluid
processing
flow
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PCT/DE2003/000976
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English (en)
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Inventor
Gerhard Moeckl
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/14—Making holes
    • B23H9/16—Making holes using an electrolytic jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects

Definitions

  • the invention is based on a method and a device for processing at least one flow channel of a workpiece with a working fluid according to the preamble of the independent claims.
  • Such a method and such a device are used to achieve that, for example, a precise amount of fuel is injected into the combustion chamber via flow channels of injection nozzles for internal combustion engines at a certain pressure.
  • Flow resistance occurs, for example, by measuring the displacement path of a piston whose surface is known. This allows the volume to be determined that flows through the flow channel. In other words, the volume flow is measured. Furthermore, the flow resistance can also be determined by measuring the speed of the working fluid in the flow channel. As soon as a predetermined value of the volume flow or the speed of the working fluid is reached, the processing is ended.
  • volume flow is also measured according to this document.
  • the temperature has a strong influence on the result. That a higher volume flow is measured at high temperatures than at lower temperatures.
  • a workpiece with a working fluid with the characterizing features of the independent claims has the advantage that a more precise measurement and thus a more precise calibration of the at least one flow channel is possible in a simple manner.
  • the mass flow of the working fluid flowing through the at least one flow channel is measured and the processing is carried out until a predetermined mass flow is reached.
  • the measurement of the mass flow becomes more precise when it takes place during processing pauses, the measurement in the respective processing pause only beginning after the mass flow has settled down.
  • the working fluid is an electrolyte solution and the workpiece is processed electrochemically, the electrolyte solution being pumped through a working gap between an electrode and the workpiece and through the at least one flow channel.
  • the working fluid is an acid or the workpiece is hydroerosively machined, eroded or electropolished.
  • a particularly advantageous development of the method consists in that a depression is to be worked in around a mouth of a first flow channel into a second flow channel and this is done by means of the electrochemical material processing method. At the same time, material is removed from the edge of the second flow channel and the depression until a predetermined mass flow is used for the electrochemical one Material processing used electrolyte solution is reached through the second flow channel.
  • the device has a device for measuring the mass flow of the working fluid through the at least one flow channel.
  • the device is a mass flow meter that works according to the Coriolis principle.
  • the device has a simple structure when a piston diaphragm pump pumps the working fluid through the at least one flow channel. This reduces pressure fluctuations during the measurement.
  • pulsation dampers can be arranged to smooth out pressure fluctuations.
  • Working fluid of the device is an electrolytic solution.
  • the device is designed for hydroerosive, etching, eroding or electropolishing machining of the workpiece.
  • FIG. 3 shows a spring holder in section after the electrochemical processing.
  • a device 10 for electrochemical machining of a workpiece 12 is shown schematically in FIG.
  • the principle of the electrochemical method is based on the fact that a direct voltage is applied to two electrodes which are in an aqueous electrolyte solution used as the working fluid.
  • the workpiece 12 to be treated is removed using a
  • Transmission element connected to the positive pole (anode) of the power source, while an electrode serving as a tool is connected to the negative pole (cathode) of the power source due to its electrically conductive properties.
  • the composition of the electrolyte solution depends on the material of the component to be machined. For metals such. B. a sodium chloride or a sodium nitrate solution is selected. The electrochemical process itself is known from physics and is therefore not explained in more detail here. In addition to the composition of the electrolyte solution, the method of operation also depends on the current intensity used, which in turn is to be matched to the material of the workpiece 12 to be machined.
  • the workpiece 12 is designed as a spring holder of an injection nozzle. It is a cylindrical part with a central blind hole 14 and an outlet hole 16 branching off for excess, when Combustion process fuel not injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. Instead of one, there may also be several outlet bores.
  • a spring not shown, is supported.
  • a workpiece 12 designed as a spring holder, it can also be a part of an injection nozzle other than the front part reaching into the combustion chamber.
  • a bore similar to the blind bore 14 there is also a bore similar to the blind bore 14, from which several injection bores similar to the drain bore 16 usually branch off.
  • the drain hole 16 or the injection holes are flow channels which can be processed electrochemically with the device 10.
  • the device 10 comprises a tank 18, a pump 20, pulsation damper 22, a pressure meter 24, a safety valve 26, a mass flow meter 28, an electrode 30 and a generator 32 for voltage and power supply.
  • the components mentioned are connected to a PLC (programmable logic controller, abbreviated to PLC), which is known and is known per se and with which the device 10 can be operated.
  • PLC programmable logic controller
  • the pump 20 pumps the electrolyte solution necessary for the electrochemical processing from the tank 18 via a
  • the pump 20 is a single-stage or multi-stage piston diaphragm pump. Piston diaphragm pumps are characterized by particularly low pressure fluctuations.
  • pulsation dampers 22 are provided on line 36 for smoothing pressure fluctuations. However, if the pressure fluctuations generated by the pump 20 are within permissible limits, the pulsation dampers 22 can also be omitted.
  • the pressure of the electrolyte solution is recorded and passed on to a controller (not shown) for evaluation.
  • the pressure can also be processed in a control system that regulates the pressure in the system based on process instructions.
  • the safety valve 26, which is also connected to the line 36, is required in the event that the pressure control fails and an overpressure arises in the system. In this case, the safety valve 26 opens automatically and allows the electrolyte solution, which is under high pressure, to flow away.
  • the mass flow meter 28 is based on the effect of the physical magnitude of the Coriolis force.
  • the Coriolis force is an apparent force that acts on moving masses in a rotating reference system.
  • the medium to be recorded is therefore directed into a pipeline that is set in vibration.
  • the resultant influences
  • sensors There are single and two-pipe systems as well as various geometrical shapes the pipe, such as a straight pipe, a pipe in a zigzag shape, in loops etc.
  • the generator 32 which can be freely programmed via the PLC, not shown, is used for the voltage and power supply.
  • the electrode 30 and the workpiece 12 are connected to the generator 32. The current necessary for material removal flows through the electrode 30, the electrolyte solution and the workpiece 12.
  • the structure of the electrode 30 can be seen more clearly in the sectional illustration in FIG.
  • the electrode 30 comprises a copper tube 38 which is surrounded by an insulation 40.
  • the copper pipe 38 is exposed and has a passage 42 in the form of a bore.
  • the electrolyte solution can flow through the copper tube 38, the passage 42 and through the outlet bore 16.
  • the point on the electrode at which the copper tube 38 is exposed is the effective electrode surface 44.
  • the effective electrode surface 44 is significantly involved in the size of the machining surface on the workpiece 12.
  • the region of the blind hole 14, which is located around the outlet bore 16, is removed. This produces a countersink or pocket 46.
  • the edge formed by the countersink or pocket 46 and the outlet bore 16 is machined or rounded.
  • the pocket 46 is necessary so that the aforementioned spring, not shown, which is supported on the bottom of the blind hole 14, cannot block the outlet hole 16.
  • the procedure is now such that the mass flow of the electrolyte solution is measured through the outlet bore 16 and the electrochemical machining is carried out until a predetermined mass flow is reached.
  • the mass flow of the electrolyte solution only has to be converted via the density ratio with the required mass flow of a fuel. This ensures that the desired mass flow is always achieved through the outlet bore 16 at the end by machining at a predetermined pressure.
  • What is important for the change in the mass flow is the change in the edge formed by the depression or the pocket 46 and the outlet bore 16. The longer the machining takes, the larger the radius and the larger the mass flow. The change in the mass flow over time would be asymptotic overall and approach a value determined essentially by the narrowest point of the outlet bore 16.
  • the process is such that the pump 20 is first switched on.
  • the electrolyte solution is pumped through lines 34, 36 to workpiece 12 and through bores 14, 16.
  • Form the electrode 30 and the workpiece 12 a working gap through which the electrolyte solution is pumped.
  • the generator 32 is switched on. Due to the current flow, material is removed at the edge of the outlet bore 16 and washed away by the electrolyte solution.
  • the pocket 46 is worked in around the edge of the outlet bore 16.
  • the pocket 46 is usually incorporated using the electroerosion method, which means that mass flow calibration is not possible. Machining using electroerosion is relatively imprecise.
  • Material processing now increases the accuracy of the processing and two operations are combined into one operation.
  • Material is simultaneously removed from the edge of the outlet bore 16 and the depression or pocket 46 until the predetermined mass flow of the electrolyte solution used for electrochemical material processing is reached through the outlet bore 16. It is important that the voltage of the generator 32 is set such that the pocket 46 is not too flat or too deep when the desired mass flow is reached.
  • the generator 32 is switched off after a first predetermined time. That is, in order to obtain more precise results, a dynamic measurement that cannot be falsified by gas bubble formation is carried out, but a static measurement.
  • the mass flow is measured during processing pauses, the measurement in the respective processing pause only beginning after the mass flow has settled down.
  • This settling time can range from a few microseconds up to a few seconds. The settling time depends, among other things, on the geometry of the workpiece, the machining intensity, ie the current, etc. Now the mass flow is measured. If the desired mass flow is reached at a predetermined pressure, the processing is ended. If the desired mass flow has not yet been reached, a further processing phase follows, after which there is also a processing pause with a settling time and a measuring phase. The processes are repeated until the desired mass flow is achieved.
  • the electrolyte solution can preferably be pumped at a lower pressure during the processing phases than during the processing breaks.
  • the pressure can be, for example, 10 bar and in the processing pauses or measuring phases, 80 bar.
  • the device 10 can also be designed for eroding, electro-polishing, hydroerosive or caustic machining of the workpiece.
  • a current or a voltage is also generated by a generator 32.
  • the additives - abrasive additives in the hydroerosive working fluid and acid additives in the acidic working fluid - should only be introduced into a line 36 shortly before the workpiece 12. This prevents excessive wear on the lines. If the hydroerosive additives are not added during processing breaks, particularly in the case of the hydroerosive working fluid, there are also no problems due to the wear of these additives and their influence on the composition of the working fluid.
  • the parts produced using this method can easily be recognized by the fact that the pocket 46 and the edge formed by the depression 46 and the second flow channel 16 have a very smooth surface. This surface is substantially smoother than a pocket 46 produced by means of electroerosion. The surface of the pocket is also generally smoother than the surface of the blind hole 14 produced by turning.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zum Bearbeiten mindestens eines Strömungskanals (16) eines Werkstücks (12) mit einer Arbeitsflüssigkeit vorgeschlagen. Es soll sehr genau gemessen werden, wie viel Arbeitsflüssigkeit unter einem bestimmten Druck durch den Strömungskanal fließt. Hierzu wird der Massestrom der Arbeitsflüssigkeit durch den Strömungskanal (16) gemessen. Bei Erreichen des gewünschten Massestroms wird die Bearbeitung beendet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten mindestens eines Strömungskanals eines Werkstücks mit einer Arbeitsflussigkeit
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bearbeiten mindestens eines Strömungskanals eines Werkstücks mit einer Arbeitsflussigkeit nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung werden eingesetzt, um zu erreichen, dass zum Beispiel über Strömungskanäle von Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen bei einem bestimmten Druck eine genaue Menge Kraftstoff in die Brennkammer eingespritzt wird.
Um höhere Genauigkeiten bei der Bearbeitung der Strömungskanäle zu erreichen, ist beispielsweise aus der DE 689 16 552 T2 bekannt, zwischen einer Elektrode und dem Werkstück sowie durch den mindestens einen Strömungskanal eine Arbeitsflüssigkeit zu pumpen, den Strömungskanal zu bearbeiten und während der Bearbeitung einen bestimmten sogenannten Durchflusswiderstand durch den Strömungskanal zu erzielen. Dieser sogenannte Durchflusswiderstand wird dynamisch gemessen. Dynamisch Messen bedeutet, dass während der Bearbeitung, bei der zum Beispiel Material von der Wandung oder dem Rand des Strömungskanals abgetragen wird, der Durchflusswiderstand gemessen wird. Die Messung des
Durchflusswiderstands erfolgt beispielsweise über die Messung des Verschiebeweges eines Kolbens, dessen Fläche bekannt ist. Dadurch lässt sich das Volumen bestimmen, dass durch den Strömungskanal fließt. Mit anderen Worten wird also der Volumenstrom gemessen. Ferner kann die Bestimmung des Durchflusswiderstands auch dadurch erfolgen, dass die Geschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit im Strömungskanal gemessen wird. Sobald ein vorgegebener Wert des Volumenstroms oder der Geschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit erreicht ist, wird die Bearbeitung beendet.
In der Wo 96/12586 wurde erkannt, dass bei einer dynamischen Messung während einer elektrochemischen Bearbeitung Gasblasen entstehen, die einen Einfluss auf das Messergebnis haben. Eine statische Messung ist demgegenüber genauer, da eine Messung des Volumenstroms während Bearbeitungspausen erfolgt, so dass das Ergebnis nicht durch Gasblasen beeinflusst wird.
Jedoch wird auch gemäß dieser Schrift der Volumenstrom gemessen. Bei der Messung des Volumenstroms hat die Temperatur einen starken Einfluss auf das Ergebnis. D.h. bei hohen Temperaturen wird ein größerer Volumenstrom gemessen als bei niedrigeren Temperaturen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten mindestens eines Strömungskanals eines Werkstücks mit einer Arbeitsflüssigkeit mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Weise eine genauere Messung und somit eine genauere Kalibrierung des mindestens einen Strömungskanals möglich ist.
Hierzu wird der durch den mindestens einen Strömungskanal fließende Massestrom der Arbeitsflüssigkeit gemessen und die Bearbeitung solange durchgeführt, bis ein vorgegebener Massestrom erreicht ist.
Die Messung des Massestroms wird genauer, wenn sie während Bearbeitungspausen erfolgt, wobei die Messung in der jeweiligen Bearbeitungspause erst nach einer Beruhigungszeit des Massestroms beginnt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Arbeitsflussigkeit eine Elektrolytlösung ist und das Werkstück elektrochemisch bearbeitet wird, wobei die Elektrolytlösung durch einen Arbeitsspalt zwischen einer Elektrode und dem Werkstück sowie durch den mindestens einen Strömungskanal gepumpt wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Arbeitsflüssigkeit eine Säure oder das Werkstück wird hydroerosiv bearbeitet, erodiert oder elektropoliert .
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, wenn um eine Mündung eines ersten Strömungskanals in einen zweiten Strömungskanal eine Senkung eingearbeitet werden soll und dies mittels des elektrochemischen Materialbearbeitungsverfahrens geschieht. Dabei wird gleichzeitig vom Rand des zweiten Strömungskanals und der Senkung so lange Material abgetragen, bis ein vorgegebener Massestrom der für die elektrochemische Materialbearbeitung verwendeten Elektrolytlösung durch den zweiten Strömungskanal erreicht ist.
Bei der Vorrichtung ist eine Einrichtung zum Messen des Massestroms der Arbeitsflüssigkeit durch den mindestens einen Strömungskanal vorhanden. Die Einrichtung ist ein Massestrommesser, der nach dem Coriolisprinzip arbeitet.
Die Vorrichtung hat einen einfachen Aufbau, wenn eine Kolbenmembranpumpe die Arbeitsflüssigkeit durch den mindestens einen Strömungskanal pumpt. Dadurch werden Druckschwankungen während der Messung vermindert.
Um Druckspitzen noch weiter zu vermindern, können Pulsationsdämpfer zur Glättung von Druckschwankungen angeordnet werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die
Arbeitsflüssigkeit der Vorrichtung eine Elektrolytlösung. In einer alternativen Weiterbildung ist die Vorrichtung zur hydroerosiven, ätzenden, erodierenden oder elektropolierenden Bearbeitung des Werkstücks ausgelegt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Bearbeiten mindestens eines Strömungskanals eines Werkstücks mit einer Arbeitsflüssigkeit ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten, Figur 2 ein Federhalter im Schnitt vor der elektrochemischen
Bearbeitung und Figur 3 ein Federhalter im Schnitt nach der elektrochemischen Bearbeitung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Figur 1 ist eine Vorrichtung 10 zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks 12 schematisch dargestellt. Das Prinzip des elektrochemischen Verfahrens beruht darauf, dass an zwei Elektroden, welche sich in einer als Arbeitsflüssigkeit verwendeten wässrigen Elektrolytlösung befinden, eine Gleichspannung angelegt wird. Dazu wird das zu behandelnde Werkstück 12 mit Hilfe eines
Übertragungselements mit dem Pluspol (Anode) der Stromquelle verbunden, während eine als Werkzeug dienende Elektrode aufgrund ihrer elektrisch leitenden Eigenschaften mit dem Minuspol (Kathode) der Stromquelle verbunden wird.
Die Zusammensetzung der Elektrolytlösung ist abhängig vom Material des zu bearbeitenden Bauteils. Bei Metallen z. B. wird eine Natriumchlorid- oder eine Natriumnitratlösung gewählt. Der elektrochemische Prozess an sich ist aus der Physik bekannt und somit hier nicht näher erläutert. Die Arbeitsweise ist neben der Zusammensetzung der Elektrolytlösung auch von der verwendeten Stromstärke abhängig, die wiederum auf das Material des zu bearbeitenden Werkstücks 12 abzustimmen ist.
Das Werkstück 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Federhalter einer Einspritzdüse ausgebildet. Es handelt sich hierbei um ein zylindrisches Teil mit einer zentrischen Sacklochbohrung 14 und einer davon abzweigenden Auslassbohrung 16 für überschüssigen, beim Verbrennungsvorgang nicht in die Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoff. Statt einer können auch mehrere Auslassbohrungen vorhanden sein.
Am Boden der Sacklochbohrung 14 stützt sich eine nicht dargestellte Feder ab. Statt ein als Federhalter ausgebildetes Werkstück 12 kann es sich auch um ein anderes als der in die Brennkammer reichende vordere Teil einer Einspritzdüse sein. In einem derartigen Teil gibt es auch eine der Sacklochbohrung 14 ähnliche Bohrung, von der meist mehrere der Abflussbohrung 16 ähnliche Einspritzbohrungen abzweigen. Es handelt sich bei der Abflussbohrung 16 oder den Einspritzbohrungen um Strömungskanäle, die mit der Vorrichtung 10 elektrochemisch zu bearbeiten sind.
Die Vorrichtung 10 umfasst einen Tank 18, eine Pumpe 20, Pulsationsdämpfer 22, einen Druckmesser 24, ein Sicherheitsventil 26, einen Massestrommesser 28, eine Elektrode 30 und ein Generator 32 zur Spannungs- und Stromversorgung. Die genannten Komponenten sind mit einer nicht dargestellten, an und für sich bekannten SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung; auf englisch programmable logic Controller, abgekürzt PLC) verbunden, mit der sich die Vorrichtung 10 betreiben lässt. Alternativ wäre auch die Verwendung eines anderen für diesen Einsatzzweck geeigneten Computers, wie zum Beispiel eines Industrie-PCs, denkbar .
Die Pumpe 20 pumpt die zur elektrochemischen Bearbeitung notwendige Elektrolytlösung aus dem Tank 18 über eine
Leitung 34 in eine Leitung 36. Die Leitung 36 führt zum Werkstück 12. Die Elektrolytlösung wird durch die Sacklochbohrung 14 sowie die Abflussbohrung 16 gepumpt. Von dort fließt die Elektrolytlösung wieder in den Tank 18. Bei der Pumpe 20 handelt es sich um eine einstufige oder mehrstufige Kolbenmembranpumpe. Kolbenmembranpumpen zeichnen sich durch besonders geringe Druckschwankungen aus.
Zusätzlich sind an der Leitung 36 Pulsationsdämpfer 22 zur Glättung von Druckschwankungen vorgesehen. Verlaufen die von der Pumpe 20 erzeugten Druckschwankungen allerdings in zulässigen Grenzen, können die Pulsationsdämpfer 22 auch entfallen.
Mit Hilfe des nach den Pulsationsdämpfern 22 an der Leitung 36 angeordneten Druckmessers 24 wird der Druck der Elektrolytlösung erfasst und zur Auswertung an eine nicht dargestellte Steuerung weitergeleitet. Der Druck kann aber auch in einer Regelung verarbeitet werden, welche den Druck im System anhand von Prozessvorgaben regelt.
Das ebenfalls an der Leitung 36 angeschlossene Sicherheitsventil 26 wird für den Fall benötigt, dass die Druckregelung ausfällt und ein Überdruck im System entsteht. In diesem Fall öffnet sich das Sicherheitsventil 26 selbständig und lässt die unter zu hohem Druck stehende Elektrolytlösung abströmen.
Der Massestrommesser 28 beruht auf der Wirkung der physikalischen Größe der Corioliskraft . Die Corioliskraft ist eine Scheinkraft, welche an bewegten Massen in einem rotierenden Bezugssystem angreift. In der Messtechnik wird deshalb das zu erfassende Medium in eine in Schwingung versetzte Rohrleitung geleitet. In Abhängigkeit vom durchfließenden Massestrom beeinflusst die entstehende
Corioliskraft die Auslenkung des Rohres. Diese Auslenkung wird durch Sensoren erfasst. Phasenverschiebungen der Sensorsignale stellen eine dem tatsächlichen Massestrom proportionale Größe dar. An Bauformen gibt es Ein- und Zweirohrsystemen sowie verschiedenen geometrischen Formen der Rohrleitung wie zum Beispiel ein gerades Rohr, ein Rohr in Zickzackform, in Schleifen etc.
Der große Vorteil dieses Messprinzips gegenüber der Messung von Volumenströmen oder Druckabfällen ist, dass es unabhängig von Dichte, Temperatur, Viskosität, Druck und Leitfähigkeit ist. Es lässt sich sogar leicht die Dichte und die Temperatur einer Masse bestimmen. Weiterhin ist gerade auf dem Gebiet der Kraftstoffeinspritztechnik nicht das Volumen sondern die eingespritzte Masse entscheidend für die chemischen Reaktionen bei einem VerbrennungsVorgang. Hat man Aufschluss über den Massestrom, lassen sich die chemischen Reaktionen beim Verbrennungsvorgang viel besser bilanzieren und somit optimieren.
Zur Spannungs- und Stromversorgung wird der Generator 32 verwendet, der sich über die nicht dargestellte SPS frei programmieren lässt. An den Generator 32 sind die Elektrode 30 und das Werkstück 12 angeschlossen. Durch die Elektrode 30, die Elektrolytlösung und das Werkstück 12 fließt der zum Materialabtrag notwendige Strom.
In der Schnittdarstellung der Figur 2 ist der Aufbau der Elektrode 30 deutlicher erkennbar. Die Elektrode 30 umfasst ein Kupferrohr 38, das von einer Isolierung 40 umgeben ist. An der Stelle, an der der BearbeitungsVorgang stattfinden soll, ist das Kupferrohr 38 freigelegt und weist einen Durchlass 42 in Form einer Bohrung auf. Somit kann die Elektrolytlösung durch das Kupferrohr 38, den Durchlass 42 und durch die Auslassbohrung 16 strömen. Die Stelle an der Elektrode, an der das Kupferrohr 38 freigelegt ist, ist die wirksame Elektrodenfläche 44. Die wirksame Elektrodenfläche 44 ist maßgeblich an der Größe der Bearbeitungsfläche am Werkstück 12 beteiligt. Bei der Bearbeitung wird, wie aus der Figur 3 ersichtlich ist, der Bereich der Sacklochbohrung 14, der sich um die Auslassbohrung 16 befindet, abgetragen. Hierbei entsteht eine Senkung bzw. eine Tasche 46. Außerdem wird der von der Senkung bzw. der Tasche 46 und der Auslassbohrung 16 gebildeten Rands bearbeitet bzw. verrundet. Die Tasche 46 ist notwendig, damit die bereits erwähnte, nicht dargestellte Feder, die sich am Grund der Sacklochbohrung 14 abstützt, die Auslassbohrung 16 nicht blockieren kann.
Bei der Bearbeitung des Werkstücks 12 wird nun so verfahren, dass der Massestrom der Elektrolytlösung durch die Auslassbohrung 16 gemessen wird und die elektrochemische Bearbeitung solange durchgeführt wird, bis ein vorgegebener Massestrom erreicht ist. Der Massestrom der Elektrolytlösung muss lediglich über die Dichteverhältnisse mit dem geforderten Massestrom eines Kraftstoffs umgerechnet werden. Dadurch wird erreicht, dass am Ende durch die Bearbeitung bei einem vorgegebenen Druck immer der gewünschte Massestrom durch die Auslassbohrung 16 erzielt wird. Wichtig für die Änderung des Massestroms ist, die Veränderung des von der Senkung bzw. der Tasche 46 und der Auslassbohrung 16 gebildeten Rands. Je länger die Bearbeitung dauert, desto größer wird der Radius und desto größer wird der Massestrom. Die Veränderung des Massestroms über der Zeit würde insgesamt asymptotisch verlaufen und sich einem im Wesentlichen durch die engste Stelle der Auslassbohrung 16 bestimmten Wert annähern. Dieser Wert würde im Wesentlichen solange konstant bleiben, bis die elektrochemische Bearbeitung so weit fortgeschritten ist, dass der Durchmesser der Auslassbohrung 16 wieder zunimmt. Im Einzelnen ist der Ablauf so, dass zuerst die Pumpe 20 eingeschaltet wird. Die Elektrolytlösung wird durch die Leitungen 34, 36 zum Werkstück 12 und durch die Bohrungen 14, 16 gepumpt. Die Elektrode 30 und das Werkstück 12 bilden einen Arbeitsspalt, durch den die Elektrolytlösung gepumpt wird. Sobald die Elektrolytlösung eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, wird der Generator 32 eingeschaltet. Durch den Stromfluss wird Material am Rand der Auslassbohrung 16 abgetragen und durch die Elektrolytlösung weggespült.
Gleichzeitig mit der Verrundung des Randes der Auslassbohrung 16, die - wie bereits erwähnt - in die Sacklochbohrung 14 mündet, wird die Tasche 46 um den Rand der Auslassbohrung 16 herum eingearbeitet. Die Tasche 46 wird üblicherweise im Elektroerosionsverfahren eingearbeitet, wodurch eine Massestromkalibrierung nicht möglich ist. Die Bearbeitung mittels Elektroerosion ist relativ ungenau. Durch die elektrochemische
Materialbearbeitung wird nun die Genauigkeit der Bearbeitung erhöht und es werden zwei Arbeitsgänge zu einem Arbeitsgang zusa mengefasst . Es wird gleichzeitig vom Rand der Auslassbohrung 16 Bohrung und der Senkung bzw. Tasche 46 so lange Material abgetragen, bis der vorgegebener Massestrom der für die elektrochemische Materialbearbeitung verwendeten Elektrolytlösung durch die Auslassbohrung 16 Bohrung erreicht ist. Wichtig ist, dass die Spannung des Generators 32 so eingestellt wird, dass bei Erreichen des gewünschten Massestroms die Tasche 46 nicht zu flach oder zu tief ist.
Bei der Bearbeitung wird der Generator 32 nach einer ersten vorgegebenen Zeit abgeschaltet. D.h., um genauere Ergebnisse zu erhalten, wird keine dynamische Messung, die durch Gasblasenbildung verfälscht werden kann, durchgeführt, sondern eine statische Messung. Hierzu erfolgt also die Messung des Massestroms während Bearbeitungspausen, wobei die Messung in der jeweiligen Bearbeitungspause erst nach einer Beruhigungszeit des Massestroms beginnt. Diese Beruhigungszeit kann im Bereich von einigen Mikrosekunden bis einigen Sekunden liegen. Die Beruhigungszeit ist u.a. abhängig von der Geometrie des Werkstücks, der Bearbeitungsintensität, d.h. der Stromstärke, etc. Nun wird der Massestrom gemessen. Wenn bei einem vorgegebenen Druck der gewünschte Massestrom erreicht ist, ist die Bearbeitung beendet. Ist der gewünschte Massestrom noch nicht erreicht, folgt eine weitere Bearbeitungsphase, nach der ebenfalls eine Bearbeitungspause mit einer Beruhigungszeit und einer Messphase erfolgt. Die Vorgänge werden solange wiederholt, bis der gewünschte Massestrom erzielt wird.
Für eine wirtschaftlichere Fertigung kann die Elektrolytlösung während der Bearbeitungsphasen vorzugsweise mit einem niedrigeren Druck gepumpt werden als während der Bearbeitungspausen. In den Bearbeitungsphasen kann der Druck beispielsweise bei lObar liegen und in den Bearbeitungspausen bzw. Messphasen bei 80bar.
Alternativ zur elektrochemischen Bearbeitung kann die Vorrichtung 10 auch zur erodierenden, elektropolierenden, hydroerosiven oder ätzenden Bearbeitung des Werkstücks ausgelegt sein. Beim Erodieren bzw. Elektropolieren wird auch ein Strom bzw. eine Spannung von einem Generator 32 erzeugt. Bei einer hydroerosiven oder ätzenden Bearbeitung sollten die Zusätze - abrasive Zusätze bei der hydroerosiven Arbeitsflüssigkeit und Säurezusätze bei der sauren Arbeitsflüssigkeit - erst kurz vor dem Werkstück 12 in eine Leitung 36 gebracht werden. Dadurch wird ein allzu großer Verschleiß an den Leitungen verhindert. Wird insbesondere bei der hydroerosiven Arbeitsflüssigkeit die hydroerosiven Zusätze während der Bearbeitungspausen nicht zugesetzt, ergeben sich auch keine Probleme wegen der Abnutzung dieser Zusätze und deren Einfluss auf die Zusammensetzung der Arbeitsflüssigkeit . Die mit diesem Verfahren hergestellten Teile, lassen sich leicht daran erkennen, dass die Tasche 46 und der von der Senkung 46 und dem zweiten Strömungskanal 16 gebildete Rand eine sehr glatte Oberfläche haben. Diese Oberfläche ist wesentlich glatter als eine mittels Elektroerosion hergestellten Tasche 46. Auch ist die Oberfläche der Tasche in der Regel glatter als die durch Drehen hergestellte Oberfläche der Sacklochbohrung 14.
Wichtig bei der Vorrichtung 10 zum Bearbeiten mindestens eines Strömungskanals (Auslassbohrung 16) des Werkstücks 12 mit einer Arbeitsflüssigkeit ist, dass eine Einrichtung zum Messen des Massestroms (Massestrommesser 28) der Arbeitsflüssigkeit (Elektrolytlösung) durch den mindestens einen Strömungskanal (Auslassbohrung 16) vorhanden ist. Dadurch lassen sich sehr genaue Arbeitsergebnisse erzielen.
Bezugszeichen
10 Vorrichtung 30 30 Elektrode 12 Werkstück 32 Generator 14 Sacklochbohrung 34 Leitung 16 Auslassbohrung 36 Leitung 18 Tank 38 Kupferrohr 20 Pumpe 35 40 Isolierung
22 Pulsationsdämpfer 42 Durchlass 24 Druckmesser 44 wirksame 26 Sicherheitsventil Elektrodenfläche 28 Massestrommesser 46 Tasche

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bearbeiten mindestens eines Strömungskanals (16) eines Werkstücks (12) mit einer Arbeitsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass der Massestrom der Arbeitsflüssigkeit durch den mindestens einen Strömungskanal (16) gemessen wird und die Bearbeitung solange durchgeführt wird, bis ein vorgegebener Massestrom erreicht ist.
2. Verfahren' nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Massestroms während Bearbeitungspausen erfolgt, wobei die Messung in der jeweiligen Bearbeitungspause erst nach einer Beruhigungszeit des Massestroms beginnt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit während der Bearbeitungsphasen mit einem niedrigeren Druck gepumpt wird als während der Bearbeitungspausen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit eine Elektrolytlösung ist und das Werkstück (12) elektrochemisch bearbeitet wird, wobei die Elektrolytlösung durch einen Arbeitsspalt zwischen einer Elektrode (30) und dem Werkstück (12) sowie durch den mindestens einen Strömungskanal (16) gepumpt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) hydroerosiv oder mit einer Säure bearbeitet wird oder erodiert oder elektropoliert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) einen ersten
Strömungskanal (14) und einen zweiten Strömungskanal (16) aufweist, wobei der zweite Strömungskanal (16) in den ersten Strömungskanal (14) mündet und um die Mündung des zweiten Strömungskanals (16) in den ersten Strömungskanal (14) eine Senkung (46) eingearbeitet wird, dass die Senkung (46) mittels des elektrochemischen Materialbearbeitungsverfahrens eingearbeitet wird und dass gleichzeitig vom Rand des zweiten Strömungskanals (16) und der Senkung (46) so lange Material abgetragen wird, bis ein vorgegebener Massestrom der für die elektrochemische Materialbearbeitung verwendeten Elektrolytlösung durch den zweiten Strömungskanal (16) erreicht ist.
7. Vorrichtung (10) zum Bearbeiten mindestens eines Strömungskanals (16) eines Werkstücks (12) wenigstens mit einer Arbeitsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (28) zum Messen des Massestroms der Arbeitsflüssigkeit durch den mindestens einen Strömungskanal (16) vorhanden ist.
8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenmembranpumpe (20) die Arbeitsflüssigkeit durch den mindestens einen Strömungskanal (16) pumpt.
9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Pulsationsdämpfer (22) zur Glättung von Druckschwankungen vorgesehen sind.
10. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit eine Elektrolytlösung ist oder dass die Vorrichtung (10) zur hydroerosiven, ätzenden, erodierenden oder elektropolierenden Bearbeitung des Werkstücks (12) ausgelegt ist.
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