WO2004004973A1 - Verfahren zum hydro-erosiven verrunden einer kante eines bauteiles und verwendung hierzu - Google Patents

Verfahren zum hydro-erosiven verrunden einer kante eines bauteiles und verwendung hierzu Download PDF

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WO2004004973A1
WO2004004973A1 PCT/DE2003/002190 DE0302190W WO2004004973A1 WO 2004004973 A1 WO2004004973 A1 WO 2004004973A1 DE 0302190 W DE0302190 W DE 0302190W WO 2004004973 A1 WO2004004973 A1 WO 2004004973A1
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liquid
edge
rounding
grinding
pressure
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Wilhelm Frank
Andreas Fath
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for the hydro-erosive rounding of an edge of a component, in particular an edge in a channel of a high-pressure-resistant component, in which a liquid mixed with grinding wheels is guided along the edge to be rounded.
  • the invention also relates to the use of the aforementioned method.
  • Injection nozzle anticipated aging process, so that this occurs only slightly during operation. In recent years it has been shown that with injectors that have a high degree of efficiency, achieve particularly good emission and performance values. An increase in efficiency can be achieved by a higher degree of rounding.
  • washouts can be avoided, for example, by an extrudehone rounding process.
  • a grinding paste is pressed through the spray holes. With this grinding process, very high degrees of rounding can be achieved without washing out.
  • the disadvantage here is that the flow of the grinding paste cannot be determined during the grinding process, so that the setting of the flow accuracy of the spray holes suffers.
  • the injection nozzles have to be laboriously cleaned using this method, so that no residue of the grinding paste remains in the nozzles and their spray holes. Appropriate residues can clog the spray holes or prevent the nozzle from being sealed by the nozzle needle.
  • Another known variant for avoiding leaching is to greatly reduce the grinding pressure of the erosive liquid by reducing the flow speed. As a result, the grinding times increase explosively and the quality achieved leaves many wishes unfulfilled.
  • high-pressure-resistant injection nozzles for fuels are produced in the area where the guide bore for the nozzle needle and the fuel inlet bore which taper at an acute angle and which open into the guide bore intersect.
  • the guide bore is often expanded to create a high-pressure chamber.
  • the web-like area of the edge, which is enclosed between the guide bore and the fuel feed bore, is also referred to as a spickle.
  • the edge or the spike is known to be a place in which local stress peaks occur under load, which can lead to failure of the injection nozzles.
  • the edge In order to make the injection nozzles more pressure-resistant, the edge has to be rounded off with the spatula. Various methods for this are generally known in the prior art.
  • the high pressure resistance of the injection nozzle can be increased to approximately 1800 bar.
  • Injection nozzles with compressive strengths of more than 1800 bar are rounded on the ax with the help of a paste mixed with abrasive particles.
  • the paste is pressed through the fuel inlet bore through the body of the injection nozzle and out of the guide bore.
  • This process is also known as extrudehone.
  • the injection nozzle has to be cleaned in a complex manner in order to remove the grinding paste remaining in the injection nozzle after rounding.
  • the flow rate of the liquid and thus also the material removal in the area of the edge can be influenced by adjusting the delivery pressure.
  • the delivery pressures are in the range of 50 bar to 140 bar.
  • the direction of flow of the liquid and the longitudinal axis of the edge to be rounded preferably enclose an angle of 90 °.
  • the present invention has for its object to provide a method for hydro-erosive rounding of an edge of a component, in particular an edge in a channel of a high-pressure-resistant component, and a use for this, with which an optimization of the rounding result is achieved.
  • the liquid has a viscosity in the range from 10 to 100 mmVs, preferably about 50 mmVs.
  • the oil can also be dissolved in other oils, such as diesel or diesel-like oils, so that the component is easy to clean after the rounding process. Complex cleaning processes compared to the extrudehone process can be omitted. After the rounding process, it is sufficient to rinse the component with oil to remove any remaining grinding wheels. Disposal is simplified (no hazardous waste) and the high viscosity ensures a homogeneous and stable distribution of the grinding particles over time. Most of the organic oils meet these requirements.
  • the grinding times are also considerably reduced, so that cycle times are available which enable the rounding process to be used in series production. The grinding times can be kept specifically low and the roughness to be achieved can be over the delivery pressure, the grinding body concentration and large, the viscosity of the grinding oil and the flow rate of the grinding oil are specifically varied.
  • the pressure arising in the liquid is measured and the rounding process when a preselected pressure is reached in the liquid is stopped.
  • This method can therefore be used in series production and the desired degree of rounding can be achieved in a targeted manner.
  • This type of control is particularly suitable for rounding spray holes in an injection nozzle for fuels. This also makes it easier to adapt this method to the geometric and fluidic conditions of other components.
  • the rounding method according to the invention can advantageously be used for components of a fuel injection system in order to increase the high-pressure strength there to over 1800 bar.
  • An edge, in particular a spatula, in the intersection region of a fuel inlet bore with a guide bore of an injection nozzle or an edge in the region of the spray hole of an injection nozzle can be considered as the component of the fuel injection system to be rounded.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a high-pressure-resistant fuel injector
  • Figure 2 is a detail enlargement of Figure 2 from the area of the fuel inlet bore of the injection nozzle and
  • FIG. 3 is a diagram showing the various grinding oils
  • the method according to the invention for the hydro-erosive rounding of edges in high-pressure-resistant components is carried out using a highly viscous liquid mixed with grinding wheels.
  • the highly viscous liquids used are abrasive oils with a viscosity in the range from 10 to 100 mm 2 / s, preferably around 50 mm 2 / s.
  • it can be a
  • FIG. 1 shows a sectional view of a high-pressure-resistant injection nozzle 1 for diesel fuel.
  • the overall elongated injection nozzle 1 has a central guide bore 2 for the nozzle needle 3, each of which extends with its longitudinal extension parallel to the longitudinal axis of the injection nozzle 1.
  • the nozzle needle 3 is displaceably guided in the longitudinal direction of the guide bore 2 in order to be able to close and uncover the spray holes 4 arranged in the region of a nozzle needle seat at the front end of the injection nozzle 1.
  • a fuel inlet bore 5 opens into the guide bore 2 at an acute angle and its longitudinal extension is essentially directed towards the front end of the injection nozzle 1. In the area in which the fuel inlet bore 5 opens into the guide bore 2, the guide bore 2 is expanded to a high-pressure chamber 6.
  • FIG. 3 shows an enlarged section of FIG. 2 from the area of the fuel inlet bore 5 of the injection nozzle 1.
  • the fuel inlet bore 5, the guide bore 2 and the high-pressure chamber 6 intersect with one another, so that a circumferential edge 7 is created in the course of production.
  • the web-like region of the circumferential edge 7, which faces the guide bore 2, is also called an ax 8.
  • this edge 7 is rounded off with the spatula 8 by means of a highly viscous liquid 10 mixed with abrasive bodies 9.
  • the liquid 10 is introduced into the fuel inlet bore 5 under high pressure and flows through the fuel inlet bore.
  • FIG. 3 shows a diagram which, for a standard grinding oil A and two highly viscous grinding oils B and C according to the invention with increasing viscosity in the range from 2 and 100 mm 2 / s, shows the flow coefficient HD of the spray holes 4 (see FIG. 2) over the degree of rounding HE shows.
  • Mining oils or synthetic oils are suitable as grinding oils B and C.
  • the degree of rounding HE is directly related to the rounding time.
  • FIG. 3 it can be clarified that the hydro-erosive grinding process is divided into different phases I to IV. First, in a first phase I, the inlet edge of the spray hole 4 of the injection nozzle 1 is rounded.
  • a second phase II the roughness peaks in the spray holes 4 are smoothed, then in a third phase III there is a controlled increase in diameter.
  • the spray holes 4 are washed out in an uncontrolled manner. This creates flow channels that lead to a deviation of the Guide the spray holes 4 from the roundness.
  • These individual aforementioned phases have a strong effect on the flow coefficient HD of the nozzle 1 with the spray holes 4, which is proportional to the efficiency of the nozzle.
  • the efficiency increases in the first two phases, then stagnates in the third phase and then drops again in the fourth phase. This also shows that the maximum efficiency can be influenced by using different grinding oils A, B and C.
  • the highly viscous grinding oils B and C according to the invention achieve higher degrees of rounding HE and thus also better flow coefficients F of the injector 1.
  • the higher rounding degrees HE also go hand in hand with an improved high pressure resistance of the injection nozzle 1.
  • FIG. 3 also shows that the highly viscous grinding oils B and C according to the invention reduce the risk of getting into the phase IV washout range during the grinding process.
  • the rounding times can be significantly reduced due to the optimized grinding effect, so that cycle times are achieved which enable this rounding process to be used in series production.
  • the hydraulic flow of the grinding liquid during the grinding process can be measured, so that a control and targeted control of the rounding process is possible.
  • Two measurement methods can be used for this. First, given the constant volume flow of the grinding fluid, the pressure that arises during the grinding process can be measured. If a desired pressure is reached, the grinding process is ended. To this In this way, the desired target value of the hydraulic flow can be set very precisely.
  • the target value for the hydraulic flow is coupled with a target range for a desired rounding degree or flow coefficient.
  • the volume flow can be measured at a constant predetermined pressure.
  • the grinding process is then ended when a desired volume flow is reached.
  • the desired hydraulic flow is set with a corresponding degree of rounding or flow coefficient.
  • the former method is preferred because measuring the pressure gives more reliable results.
  • the grinding oil in a 1 -Phase flow or 2-phase flow can flow.
  • a standard grinding oil in the form of a 2-phase flow can flow during the grinding process, whereas, under the same boundary conditions, a highly viscous grinding oil according to the invention does not cavitate and is present as a 1-phase flow.
  • the flow behavior of a 1-phase flow versus a 2-phase flow is very different. This has a decisive impact on the resulting flow coefficient F.
  • a two-stage grinding process is advantageous.
  • grinding is carried out with a highly viscous liquid up to a definable distance, for example 5% from a target value.
  • a target fluid is used to grind to the target value.
  • the target fluid corresponds to a test oil that is used to test the hydraulic flow and that contains abrasive particles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydro-erosiven Verrunden einer Kante eines Bauteiles, insbesondere einer Kante in einem Kanal eines hochdruckfesten Bauteils, bei dem eine mit Schleifkörpern versetzte Flüssigkeit entlang der zu verrundenden Kante geleitet wird und eine Verwendung hierzu. Um ein Verfahren zum hydro-erosiven Verrunden einer Kante eines Bauteiles, insbesondere einer Kante in einem Kanal eines hochdruckfesten Bauteils, und eine Verwendung hierzu zu schaffen, mit denen eine Optimierung des Verrundungsergebnisses erreicht wird, wird vorgeschlagen, dass als Flüssigkeit (10) eine hochviskose Flüssigkeit eingesetzt wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Bauteile eines Kraftstoffeinspritzsystems verrundet.

Description

Beschreibung
Verfahren zum hydro-erosiven Verrunden einer Kante eines Bauteiles und Verwendung hierzu
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydro-erosiven Verrunden einer Kante eines Bauteiles, insbesondere einer Kante in einem Kanal eines hochdruckfesten Bauteils, bei dem eine mit Schleifkörpern versetzte Flüssigkeit entlang der zu ver- rundenden Kante geleitet wird. Auch betrifft die Erfindung eine Verwendung des vorgenannten Verfahrens.
Es ist allgemein bekannt, dass bei hochdruckfesten Bauteilen, wie beispielsweise Einspritzdüsen für Dieselkraftstoff, die im Bereich eines Düsennadelsitzes der Einspritzdüse angeordneten Spritzlöcher für den Kraftstoff in das Gehäuse der Einspritzdüse erodiert werden. Nach dem Erodieren der Spritzlöcher der Dieseleinspritzdüse werden diese, insbesondere deren Einlaufkanten, hydro-erosiv verrundet, um dem eine Bauteiler- müdung begünstigenden Entstehen von lokalen Spannungsspitzen entgegenzuwirken. Bei hydro-erosiven Verrunden handelt es sich um einen flüssigen Schleifprozeß, bei dem eine mit Schleifpartikeln versetzte Flüssigkeit, vorzugsweise ein Öl, die Spritzlöcher unter Druck durchströmt, so dass die Ein- laufkanten der Spritzlöcher verrundet werden. Dieser Schleif- prozess erfüllt einerseits die Aufgabe, den Durchflussbeiwert der Spritzlöcher einzustellen und somit den Wirkungsgrad der Einspritzdüse zu optimieren. Dazu wird ein gewünschter Ziel- flussbeiwert eingestellt, wobei auch die Durchflusstoleranz reduziert wird. Andererseits wird der im Motorbetrieb der
Einspritzdüse auftretende Alterungsprozess vorweggenommen, so dass dieser im Betrieb nur noch geringfügig auftritt. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass mit Einspritzdüsen, die einen hohen Wirkungsgrad besitzen, besonders gute Emissionsund Leistungswerte erzielen. Eine Steigerung des Wirkungsgrades lässt sich durch einen höheren Verrundungsgrad erzielen.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass mit dem bisher verwendeten Standardöl als Schleifflüssigkeit nur vergleichsweise geringe Verrundungsgrade erzielen werden können, da bei einer Erhöhung des Förderdruckes der Schleifflüssigkeit in Abhängigkeit von der Strömungs- und Druckverhältnissen im Bereich der zu verrundenden Kante Auswaschungen zu beobachten sind, die zu einer Unrundheit der Spritzlöchern und somit zu einer Reduzierung des Wirkungsgrades führen.
Die Gefahr von Auswaschungen kann beispielsweise durch ein Extrudehone-Verfahren zur Verrundung umgangen werden. Hierbei wird eine Schleifpaste durch die Spritzlöcher gedrückt. Mit diesem Schleifverfahren können sehr hohe Verrundungsgrade erzielt werden, ohne dass es zu Auswaschungen kommt.
Von Nachteil ist hierbei, dass der Durchfluss der Schleifpaste während des Schleifverfahrens nicht bestimmt werden kann, so dass die Einstellung der Durchflussgenauigkeit der Spritzlöcher darunter leidet. Außerdem müssen die Einspritzdüsen nach diesem Verfahren aufwendig gereinigt werden, damit kein Rückstand der Schleifpaste in der Düsen und deren Spritzlöchern zurück bleibt. Entsprechende Rückstände können zu einem Verstopfen der Spritzlöcher führen oder eine Abdichtung der Düse durch die Düsennadel behindern.
Eine andere bekannte Variante zur Vermeidung der Auswaschungen besteht darin, den Schleifdruck der erosiven Flüssigkeit durch Herabsetzten der Strömungsgeschwindigkeit stark zu senken. Dadurch steigen die Schleifzeiten explosionsartig an und die erzielte Qualität lässt weiterhin viele Wünsche offen.
Auch ist es möglich, in einer weiteren Variante mit Gegendruck hydro-erosiv zu verrunden. Die Auswaschungen sind dann zwar geringer aber der apparative Aufwand für die Ver- rundungsVorrichtung wird größer. Dennoch sind auch bei dieser Variante die SchleifZeiten sehr lange und damit für einen Se- rienprozess nicht geeignet.
Außerdem ist es allgemein bekannt, dass hochdruckfeste Ein- spritzdüsen für Kraftstoffe fertigungsbedingt, in dem Bereich, wo sich die Führungsbohrung für die Düsennadel und die unter einem spitzen Winkel auf die Führungsbohrung zulaufende und in die Führungsbohrung mündende Kraftstoffzulaufbohrung verschneiden, eine umlaufende Kante entsteht. In dem Mün- dungsbereich ist häufig die Führungsbohrung zur Schaffung einer Hochdruckkammer erweitert. Der stegartige Bereich der Kante, der zwischen Führungsbohrung und Kraftstoffzulaufbohrung eingeschlossen ist, wird auch als Spickel bezeichnet. Die Kante beziehungsweise der Spickel ist bekanntermaßen ein Ort, in dem unter Belastung lokale Spannungsspitzen auftreten, die zu einen Versagen der Einspritzdüsen führen können. Um die Einspritzdüsen hochdruckfester zu gestalten, ist die Kante mit dem Spickel zu verrunden. Hierfür sind im Stand der Technik verschiedene Verfahren allgemein bekannt. Bei Ein- spritzdüsen, die bis zu ,einem Betriebsdruck von etwa 1600 bar eingesetzt werden, werden Kante und Spickel mittels elektrochemischen Materialabtrag (ECM) verrundet. Dieser elektrochemische Materialabtrag wird auch eingesetzt, um die Führungsbohrung zur. Erstellung der Hochdruckkammer zu erweitern. Eine Hochdruckfestigkeit von über 1600 bar kann mit dem e- lektro-chemischen Materialabtrag nicht erreicht werden, da durch dieses Verfahren eine porenartige raue Oberfläche geschaffen wird, die zu lokalen Spannungsspitzen führt. Eine weitere Variante zur Erhöhung der Hochdruckfestigkeit besteht darin, sogenannte Schrägschulterdüsen zu fertigen. Hier wird in die Einspritzdüse bei der Montage eine Spannung eingebracht, die der Druckspannung im Betrieb der Einspritzdüse entgegengesetzt ist, so das insgesamt die Hochdruckfestigkeit der Einspritzdüse gesteigert werden kann. In Kombination mit dem zuvor beschriebenen elektro-chemischen Materialabtrag kann die Hochdruckfestigkeit der Einspritzdüse bis auf etwa 1800 bar gesteigert werden. Einspritzdüsen mit Druckfestig- keiten von mehr als 1800 bar werden am Spickel mit Hilfe einer mit Schleifpartikeln versetzten Paste hoch verrundet. Hierfür wird die Paste über die Kraftstoffzulaufbohrung durch den Körper der Einspritzdüse und aus der Führungsbohrung heraus gepresst. Dieses Verfahren ist auch unter Extrudehone be- kannt. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass die Einspritzdüse aufwendig gereinigt werden muss, um die nach dem Verrunden in der Einspritzdüse verbliebene Schleifpaste zu entfernen. Außerdem besteht die Gefahr, das Reste der Paste in der Einspritzdüse verbleiben und die am Ende der Führungs- bohrung für die Düsennadel angeordneten Spritzlöcher verstopfen beziehungsweise die Düsennadel durch die verbleibende Paste ihre Dichtfunktion verliert.
Des Weiteren ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 53 131 AI ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verrunden von Kanten in mechanisch, thermisch oder in sonstiger Weise hoch beanspruchten Bauteilen bekannt. Als besonderes Anwendungsgebiet wir das Verrunden von Kanten an Verschneidungen von Kanälen in Hochdruckspeichern von Kraftstoffeinspritzsystemen genannt. In derart hoch beanspruchten Bauteilen treten im Bereich von Kanten aller Art Spannungsspitzen auf, die zu einem Bauteilversagen, insbesondere zu einem Reißen des Bauteils, führen können. Um das Bauteil hochdruckfest auszugestalten, werden dessen Kanten verrundet. Das Verrunden erfolgt über das Umströmen der zu verrundenden Kante mit einer erosiven Flüssigkeit, die von einer Förderpumpe durch das Bauteil gefördert wird. Im Bereich der Kante wird zu Erhöhung der ero- siven Wirkung der Flüssigkeit deren Strömungsgeschwindigkeit über eine Querschnittsverjüngung erhöht. Über eine Einstellung des Förderdruckes kann die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und damit auch der Materialabtrag im Bereich der Kante beeinflusst werden. Die Förderdrücke liegen etwa im Be- reich von 50 bar bis 140 bar. Außerdem wird allgemein ohne nähere Angaben hierüber angeführt, dass die Strömungsrichtung der Flüssigkeit und die Längsachse der zu verrundenden Kante vorzugsweise einen Winkel von 90° einschließen. Für eine Verrundung des kantenartigen Übergangs eines Düsennadelsitzes und einer anschließenden Vorkammer zu den Einspritzlöchern einer Einspritzdüse wird dort beschrieben, einen konischen Körper in den Bereich des Düsennadelsitzes der sacklocharti- gen Einspritzdüse so einzuführen, dass im Bereich der Kante ein Ringspalt entsteht. Dieser Ringspalt dient dazu die ge- wünschte Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der zu verrundenden Kante zu erreichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum hydro-erosiven Verrunden einer Kante eines Bau- teiles, insbesondere einer Kante in einem Kanal eines hochdruckfesten Bauteils, und eine Verwendung hierzu zu schaffen, mit denen eine Optimierung des Verrundungsergebnisses erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum hydro-erosiven Verrunden einer Kante eines Bauteiles mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Eine Verwendung für dieses Verfahren ist in Anspruch 5 angegeben. In den Unteransprüchen 2 bis 4 und 6 bis 7 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens beziehungsweise der Verwendung angegeben.
Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum hydro-erosiven Verrunden einer Kante eines Bauteiles, insbesondere einer
Kante in einem Kanal eines hochdruckfesten Bauteils, bei dem eine mit Schleifkörpern versetzte Flüssigkeit entlang der zu verrundenden Kante geleitet wird, dadurch erreicht, dass als Flüssigkeit eine hochviskose Flüssigkeit eingesetzt wird, dass schnelle SchleifZeiten realisiert werden können und die Gefahr von Auswaschungen in dem Kanal durch die Flüssigkeit sehr gering ist. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Flüssigkeit eine Viskosität im Bereich von 10 bis 100 mmVs, vorzugsweise von etwa 50 mmVs.
Vorteilhafter Weise erreichen die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hydro-erosiv verrundeten Bauteile, insbesondere Einspritzdüsen für Kraftstoffe, eine Hochdruckfestigkeit von über 1800 bar. Auch lässt sich das Öl in anderen Ölen, wie Diesel oder dieselähnlichen Ölen, lösen, so dass nach dem Verrundungsverfahren das Bauteil einfach zu reinigen ist. Aufwendige Reinigungsprozesse im Vergleich zu dem Extrudeho- ne-Verfahren können entfallen. Es ist ausreichend nach dem Verrundungsvorgang das Bauteil zum Entfernen etwaiger ver- bliebener Schleifkörper mit Öl zu spülen. Die Entsorgung vereinfacht sich (kein Sondermüll) und durch die hohe Viskosität wird eine homogene und zeitlich stabile Verteilung der Schleifpartikel gewährleistet. Dies Anforderungen werden von einem Großteil der organischen Öle erfüllt. Auch werden die Schleifzeiten erheblich reduziert, so dass Taktzeiten vorliegen, die eine Verwendung des Verrundungsverfahrens in der Serienfertigung ermöglichen. Die SchleifZeiten können gezielt niedrig gehalten und die zu erzielende Rauhigkeit kann über den Förderdruck, die Schlei körperkonzentration- und große, die Viskosität des Schleiföls und die Strömungsgeschwindigkeit des Schleiföls gezielt variiert werden.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Kontrolle und Steuerung des Fortschrittes des Ver- rundungsverfahrens bei einem voreingestellten und weitestge- hend konstantem Volumenstrom der Flüssigkeit der sich in der Flüssigkeit einstellende Druck gemessen wird und das Verrun- dungsverfahrens bei Erreichen eines vorgewählten Drucks in der Flüssigkeit beendet wird. Somit ist ein Einsatz dieses Verfahrens in der Serienfertigung möglich und gewünschte Verrundungsgrade können gezielt erreicht werden. Insbesondere eignet sich diese Art der Regelung für die Verrundung von Spritzlöcher einer Einspritzdüse für Kraftstoffe. Auch ist somit nun ein leichtere Anpassung dieses Verfahrens an die geometrischen und strömungstechnischen Gegebenheiten andere Bauteile möglich.
In vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verrundungs- verfahren für Bauteile eines Kraftstoffeinspritzsystems verwendet werden, um dort die Hochdruckfestigkeit auf über 1800 bar zu erhöhen. Als zu verrundende Bauteil des Kraftstoffein- spritzsystems kommt insbesondere eine Kante, insbesondere ein Spickel, im Verschneidungsbereich einer Kraftstoffzulaufboh- rung mit einer Führungsbohrung einer Einspritzdüse oder eine Kante im Bereich des Spritzlochs einer Einspritzdüse in Frage.
Auch ist es möglich, das erfindungsgemäße den Schleifverfahren bei weitgehend frei wählbaren Schleifdrücken zu fahren, so dass mit einer Flüssigkeit verschiedene Düsentypen am Spickel, verrundet werden können. Beispielsweise können Bautei- le, deren Kanten nur gering verrundet werden sollen, mit niedrigen Schleifdrücken und Düsen, die hoch verrundet werden sollen, mit hohen Schleifdrücken bearbeitet werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung an Hand von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht einer hochdruckfesten Einspritz- düse für Kraftstoffe,
Figur 2 eine Ausschnittsvergrö-ßerung von Figur 2 aus dem Bereich der Kraftstoffzulaufbohrung der Einspritzdüse und
Figur 3 ein Diagramm, das für verschiedene Schleiföle den
Durchflussbeiwert des Spritzlöcher über der Verrun- dungsgrad zeigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum hydro-erosiven Verrunden von Kanten in hochdruckfesten Bauteilen erfolgt unter Verwendung einer mit Schleifkörpern versetzten hochviskosen Flüssigkeit. Als hochviskose Flüssigkeiten kommen Ξchleiföle mit einer Viskosität im Bereich von 10 bis 100 mm2/s, vorzugswei- se von etwa 50 mm2/s verwendet. Es kann beispielsweise ein
Mineralöl verwendet werden. Die Zuleitung der Flüssigkeit zu den Kanten im Bereich der erfolgt über eine nicht dargestellte Förderpumpe, die mit einem Förderdruck von etwa 10 bis 500 bar, vorzugsweise 100 bar arbeitet. Über eine Einstellung des Förderdruckes und der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit können die Verrundungsgeschwindigkeit und der Verrun- dungsgrad beeinflusst werden. Das erfindungsgemäße Verrundungsverfahren wird nachfolgend in einer Verwendung für eine Einspritzdüse 1 für Dieselkraftstoff näher beschreiben. Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer hochdruckfesten Einspritzdüse 1 für Dieselkraft- stoff. Die insgesamt längliche Einspritzdüse 1 weist zentral eine Führungsbohrung 2 für die Düsennadel 3 auf, die sich jeweils mit ihrer Längserstreckung parallel zur Längsachse der Einspritzdüse 1 erstrecken. Die Düsennadel 3 ist in der Führungsbohrung 2 in deren Längsrichtung verschiebbar geführt, um die im Bereich eines Düsennadelsitzes am vorderen Ende der Einspritzdüse 1 angeordneten Spritzlöcher 4 verschließen und freigeben zu können. In die Führungsbohrung 2 mündet unter einem spitzen Winkel eine Kraftstoffzulaufbohrung 5, die mit ihrer Längserstreckung im wesentlichen zu dem vorderen Ende der Einspritzdüse 1 gerichtet ist. In dem Bereich, in dem die Kraftstoffzulaufbohrung 5 in die Führungsbohrung 2 mündet, ist die Führungsbohrung 2 zu einer Hochdruckkammer 6 erweitert.
Dieser Mündungsbereich der Einspritzdüse 1 ist in der Figur 3, die eine AusSchnittsvergrößerung von Figur 2 aus dem Bereich der Kraftstoffzulaufbohrung 5 der Einspritzdüse 1 zeigt, im Detail dargestellt. Es ist ersichtlich, das die Kraftstoffzulaufbohrung 5, die Führungsbohrung 2 und die Hochdruckkammer 6 miteinander verschneiden, so dass eine umlaufende Kante 7 im Zuge der Fertigung entsteht. Der stegartige Bereich der umlaufenden Kante 7, der der Führungsbohrung 2 zugewandt ist, wird auch Spickel 8 genannt. Zu Steigerung der Hochdruckfestigkeit der Einspitzdüse 1 wird diese Kante 7 mit dem Spickel 8 mittels einer hochviskosen und mit Schleifkörpern 9 versetzten Flüssigkeit 10 verrundet. Hierfür wird die Flüssigkeit 10 unter hohen Druck in die Kraftstoffzulaufbohrung 5 eingeleitet, durchströmt die Kraftstoffzulaufboh- rung 5, wird im Bereich der umlaufenden Kante 7 und des Spickeis 8 umgelenkt und verlässt die Führungsbohrung 2 an dem den Spritzlöchern 4 abgewandten Ende. Dieser vorbeschriebene Strömungsweg der Flüssigkeit 10 ist in der Figur 2 durch den Pfeil S dargestellt. Im Bereich der Umlenkung der Flüssigkeit 10 wird die Kante 7 beziehungsweise der Spickel 8 durch in der Flüssigkeit 10 enthaltenen Schleifkörper 9, die auf die Kante 7 beziehungsweise der Spickel 8 auftreffen, verrundet.
Es ist selbstverständlich, dass andere hochdruckfeste Bauteile mit verwandten Geometrien ähnlich dem vorbeschriebenen Spickel 9 ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verrundet werden können. Auch kann diese neue Verfahren mit anderen Mitteln, Bauteile hochdruckfest zu gestalten, wie bei- spielsweise Schrägschulterdüsen, kombiniert werden.
Die Figur 3 zeigt ein Diagramm, das für ein Standard- Schleiföl A und zwei erfindungsgemäße hochviskose Schleiföle B und C mit steigender Viskosität im bereich von 2 und 100 mm2/s den Durchflussbeiwert HD des Spritzlöcher 4 (siehe Figur 2) über der Verrundungsgrad HE zeigt. Als Schleiföle B und C kommen beispielsweise Miner löle oder synthetische Öle in Frage. Der Verrundungsgrad HE steht im direkten Verhältnis mit der Verrundungszeit . An Hand der Figur 3 kann verdeut- licht werden, dass sich der hydro-erosive Schleifprozess in unterschiedliche Phasen I bis IV unterteilt. Zunächst wird in einer ersten Phase I die Einlaufkante des Spritzloches 4 der Einspritzdüse 1 verrundet. In einer zweiten Phase II werden die Rauhigkeitsspitzen in den Spritzlöchern 4 geglättet, dann kommt es in einer dritten Phase III zu einer kontrollierter Durchmesservergrößerung. In der letzten und vierten Phase IV werden die Spritzlöcher 4 unkontrolliert ausgewaschen. Hierbei bilden sich Strömungskanäle, die zu einer Abweichung der Spritzlöcher 4 von der Rundheit führen. Diese einzelnen vorgenannten Phasen wirken sich stark auf den Durchflussbeiwert HD der Düse 1 mit den Spritzlöchern 4 aus, der proportional zu dem Wirkungsgrad der Düsel ist. In den ersten beiden Pha- sen steigt der Wirkungsgrad an, dann stagniert dieser in der dritten Phase, um in der vierten Phase wieder abzufallen. Hierbei zeigt sich auch, dass durch Einsatz verschiedener Schleiföle A, B und C der maximale Wirkungsgrad beeinflusst werden kann. Insbesondere zeigt sich, dass mit den erfin- dungsgemäßen hochviskosen Schleifölen B und C höhere Verrundungsgrade HE und somit auch bessere Durchflussbeiwerte F der Einspritzdüse 1 erreicht werden. Die höheren Verrundungsgrade HE gehen auch mit einer verbesserten Hochdruckfestigkeit der Einspritzdüse 1 einher.
Auch zeigt die Figur 3, dass mit den erfindungsgemäßen hochviskosen Schleifölen B und C die Gefahr geringer ist, während des Schleifvorganges in den Bereich der Phase IV Auswaschungen zu geraten. Außerdem können die Verrundungszeiten auf Grund der optimierten Schleifwirkung erheblich reduziert werden, so dass Taktzeiten erreicht werden, die eine Anwendung dieses Verrundungsverfahren in einer Serienfertigung ermöglichen.
Auch kann, insbesondere im Zusammenhang mit der Verrundung von Spritzlöchern 4, der hydraulische Durchfluss der Schleifflüssigkeit während des Schleifvorganges gemessen werden, so dass eine Kontrolle und gezielte Steuerung des Verrundungs- verfahrens möglich ist. Hierfür kommen zwei Messmethoden in Frage. Erstens kann bei vorgegebenen konstanten Volumenstrom der Schleifflüssigkeit der sich während des Schleifvorganges einstellende Druck gemessen werden. Wird ein gewünschter Druck erreicht, so wird der Schleifvorgang beendet. Auf diese Weise kann der gewünschte Zielwert des hydraulischen Durchflusses sehr genau eingestellt werden. Der Zielwert für den hydraulischen Durchfluss ist gekoppelt mit einem Zielbereich für einen gewünschten Verrundungsgrad bzw. Durchflussbeiwert.
Zweitens kann bei einen konstant vorgegebenen Druck der Volumenstrom gemessen werden. Hier wird dann bei Erreichen eines gewünschten Volumenstroms der Schleifvorgang beendet. Analog zum ersten Verfahren stellt sich der gewünschte hyd- raulische Durchfluss mit einem entsprechenden Verrundungsgrad bzw. Durchflussbeiwert ein.
Das erstgenannte Verfahren wird bevorzugt, da die Messung des Druckes zuverlässigere Ergebnisse liefert.
Im Zusammenhang mit der Auswahl des Schleiföles sowie der Kontrolle und gezielten Steuerung des Verrundungsverfahrens über die Messung des hydraulischen Durchflusses der Schleifflüssigkeit während des Schleifvorganges ist zu berücksichtigen, dass basierend auf den Druckverhältnissen und der Strö- mungsgeometrie in dem zu verrundenden Bauteil das Schleiföl in einer 1-Phasen-Strömung oder 2-Phasen-Strömung strömen kann. Beispielsweise kann in einem Einsatzfall ein Standard- Schleiföl in Form einer 2-Phasen-Strömung während des Schleifvorganges strömen, wohingegen unter gleichen Randbe- dingungen ein erfindungsgemäßes hochviskoses Schleiföl nicht kavitiert und als 1-Phaseή-Strömung vorliegt. Bekanntermaßen ist das Strömungsverhalten einer 1-Phasen- gegenüber einer 2- Phasen-Strö ung stark unterschiedlich. Dies wirkt sich entscheidend auf den sich einstellenden Durchflussbeiwert F aus.
Im vorgenannten Fall kann keine stetige Korrelation zwischen den Standard-Schleiföl und dem hochviskoses Schleiföl gefunden werden. Falls beide Öle kavitieren bzw. beide nicht kavi- tieren, besteht jeweils eine klare Korrelation. Mit diesem
Wissen kann nun das ideale Schleiföl ausgesucht werden. Wichtig ist, dass ein möglichst hochviskoses Öl eingesetzt wird, um möglichst geringe Auswaschungen und schnelle SchleifZeiten realisieren zu können.
Bei Bedarf ist ein zweistufiges Schleifverfahren vorteilhaft. In e-iner ersten Stufe wird mit einer hochviskosen Flüssigkeit bis zu einem festlegbaren Abstand, beispielsweise 5% von ei- nem Zielwert geschliffen. Anschließend wird in der zweiten Stufe mit einem Zielfluid auf den Zielwert geschliffen. Das Zielfluid entspricht einem Prüföl, das zum Prüfen des hydraulischen Durchflusses verwendet wird, und das mit Schleifpartikeln versetzt ist.
Weitere Einsatzmöglichkeiten können neben den Verrunden aller möglichen Spritzlöcher auch das Verrunden von Drosseln im Injektorkörper sein. Selbstverständlich kann dieses Verfahren auch für hochdruckfeste Bauteile im Otto-Motoren-Bereich ein- gesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum hydro-erosiven Verrunden einer Kante eines Bauteiles, insbesondere einer Kante in einem Kanal eines hochdruckfesten Bauteils, bei dem eine mit Schleifkörpern versetzte Flüssigkeit entlang der zu verrundenden Kante geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit (10) eine hochviskose Flüssigkeit eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (10) eine Viskosität im Bereich von 10 bis 100 mm2/s, vorzugsweise von etwa 50 mm2/s, aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Schleifverfahren mit der hochviskosen Flüssigkeit bis zu einen festlegbaren Abstand vor einen gewünschten Zielwert geschliffen wird, dass anschließend in einem zweiten Schleifverfahren mit einem Prüföl, das mit Schleifpartikeln versetzt ist, bis zum gewünschten Zielwert geschliffen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontrolle und Steuerung des Fortschrittes des Verrundungsverfahrens bei einem voreingestellten und wei- testgehend konstantem Volumenstrom der Flüssigkeit (10) der sich in der Flüssigkeit (10) einstellende Druck gemessen wird und das Verrundungsverfahrens bei Erreichen eines vorgewählten Drucks in der Flüssigkeit (10) beendet wird.
5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für Bauteile eines Kraftstoffeinspritzsystems .
6. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verrundende Bauteil des Kraftstoffeinspritzsystems eine Kante (7) , insbesondere ein Spickel (8), im Verschneidungsbereich einer KraftstoffZulaufbohrung (5) mit einer Führungsbohrung (2) einer Einspritzdüse (1) ist.
7. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass das zu verrundende Bauteil des Kraftstoffeinspritzsystems eine Kante (7) im Bereich des Spritzlochs (4) einer Einspritzdüse (1) ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Flüssigkeit einen Druck von 40 bis
300 bar aufweist.
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