DE19953131A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kantenverrunden - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verrunden von Kanten vorgeschlagen, bei denen eine erosive Flüssigkeit das Verrunden von Kanten auch an schwer zugänglichen Stellen oder mit komplizierter Geometrie erlaubt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zu Verrunden von Kanten nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 5.

In vielen mechanisch, thermisch oder in sonstiger Weise hoch belasteten Bauteilen treten im Bereich von Kanten aller Art Spannungsspitzen auf, die das Risiko eines Bauteilversagens in sich bergen. Es ist seit langem bekannt, diese Spannungsspitzen durch das Anbringen von Freistichen und/oder Radien mindestens teilweise abzubauen und somit die Belastungsgrenze des Bauteils nach oben zu verschieben. Bei vielen Bauteilen stößt diese Vorgehensweise an Grenzen, da die erforderlichen Schneidwerkzeuge, wie Drehmeissel, Radienfräser, Schleifkörper odgl., einen gewissen Platzbedarf haben, der nicht immer befriedigt werden kann. Beispielsweise sind bei Kraftstoffeinspritzsystemen verschiedene hoch belastete Bauteile vorhanden, die für die o. g. Werkzeuge nicht oder nur mit erheblichem Aufwand zugänglich sind.

Bei anderen Bauteilen, wie z. B. Einspritzdüsen, ist das Vorhandensein definiert verrundeter Kanten wichtig, um den Strömungswiderstand des Bauteils in einem engen Toleranzbereich zu halten. Auch für diese Gruppe von Bauteilen steht bislang kein Verfahren und keine Vorrichtung bereit, um mit hoher Wiederholgenauigkeit und zu geringen Kosten die für den Strömungswiderstand maßgeblichen Kanten zu verrunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe Kanten auch an unzugänglichen Stellen mit großer Wiederholgenauigkeit und zu günstigen Kosten verrundet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Kantenverrunden, bei welchem die zu verrundende Kante mit einer erosiven Flüssigkeit umströmt wird.

Vorteile der Erfindung

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass nahezu an beliebigen Stellen von Bauteilen evtl. vorhandene Kanten auch mit komplizierter Geometrie verrundet werden können. Dabei ist der apparative Aufwand überschaubar, die Bearbeitungsdauer gering und die Qualität der Verrundung hoch. Außerdem entstehen nur geringe Kosten. Durch eine kontinuierliche Mengenmessung der erosiven Flüssigkeit, wird eine hohe Prozeßsicherheit erreicht. Der Materialabtrag ist an Kanten, aufgrund der idR erhöhten Strömungsgeschwindigkeit, am größten, so dass an den anderen mit der erosiven Flüssigkeit beaufschlagten Stellen, keiner oder nur ein sehr geringer Materialabtrag erfolgt. Das Strömungsverhalten der erosiven Flüssigkeit enspricht bei durchströmten Bauteilen, wie z. B. Hochdruckkraftstoffspeichern von Kraftstoffeinspritzsystemen, dem des Kraftstoffs im Betrieb, so dass das erfindungsgemäße Verrunden gleichzeitig ein künstliches Altern des Bauteils bewirkt.

Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich der zu verrundenden Kante gegenüber der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, so dass im Bereich der zu verrundenden Kante ein besonders großer Materialabtrag erzielt wird.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird in die Flüssigkeit ein Körper eingebracht, dessen Oberfläche mit der zu verrundenden Kante einen Spalt bildet, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich der zu verundenden Kante gegenüber der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und damit der Materialabtrag weiter erhöht wird.

In Ergänzung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Strömungsrichtung der Flüssigkeit und die Längsachse der zu verrundenden Kante einen Winkel, insbesondere von 90°, einschließen, so dass der Materialabtrag weiter intensiviert wird.

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Förderpumpe für die erosive Flüssigkeit und mit einer hydraulischen Verbindung zwischen Förderpumpe und dem Bauteil, dessen Kante zu verrunden ist. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass durch die hydraulische Verbindung von Förderpumpe und Bauteil eine Strömung der erosiven Flüssigkeit, vor allem im Bereich der zu verrundenden Kante, aufgebaut werden kann, die das Verrunden der Kante zur Folge hat.

Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass ein mit der zu verrundenden Kante einen Spalt bildender Körper vorhanden ist, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der erosiven Flüssigkeit im Bereich der zu verrundenden Kante gegenüber der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit der erosiven Flüssigkeit erhöht und somit das Verrunden der Kante beschleunigt wird.

In Ergänzung der Erfindung ist eine Sammeleinrichtung zum Auffangen der Flüssigkeit vorhanden, so dass die erosive Flüssigkeit nicht in die Umwelt gelangt.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die erosive Flüssigkeit im Kreislauf geführt, so dass deren Verbrauch reduziert wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen zylindrischen Kraftstoffhochdruckspeicher nach dem Stand der Technik im Teillängsschnitt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher;

Fig. 3 die Darstellung des Konturverlaufs einer erfindungsgemäß verrundeten Kante in einem X-Y- Diagramm und

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß verrundete Sackloch-Einspritzdüse.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Kraftstoffhochdruckspeicher 1 nach dem Stand der Technik im Teillängsschnitt dargestellt. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 1 hat einen oder mehrere Anschlussstutzen 2, von denen in Fig. 1 nur einer dargestellt ist. Außerdem ist eine Befestigungslasche 3 sichtbar. Der Anschlussstutzen 2 weist eine Bohrung 4 auf, die den Anschlussstutzen 2 mit dem Speicherraum 5 hydraulisch verbindet. An einer Kante 6, die sich aus der Verschneidung zwischen Bohrung 4 und Speicherraum 5 ergibt, treten im Betrieb hohe mechanische Spannungen auf, welche Brüche zur Folge haben können. Ein probates Mittel, um diese Spannungen abzubauen, besteht darin, die Kante 6 zu verrunden. Aufgrund der geometrischen Verhältnisse ist dies mit Zapfensenkern odgl. nicht oder nur bedingt möglich. Auf jeden Fall entstehen dabei hohe Kosten.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren kann das Verrunden einfach, wirkungsvoll, kostengünstig und schnell mit Taktzeiten von 20 s bis 200 s erfolgen. Dazu wird an Stelle einer Verschlußschraube 7 eine nicht dargestellte hydraulische Verbindung mit einer ebenfalls nicht dargestellten Förderpumpe hergestellt. Die Förderpumpe fördert eine erosive Flüssigkeit in den Kraftstoffhochdruckspeicher 1, die durch die Bohrung 4 abgeführt wird. Im Bereich der Kante 6 erhöht sich aufgrund der Querschnittsverengung die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit wird die Kante 6 von der erosiven Flüssigkeit verrundet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Materialabtrag an scharfen Kanten größer als an stumpfen Kanten oder Flächen. Die Innenwandung des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 wird, weil die Strömungsgeschwindigkeit wegen der Newton'schen Haftbedingung gleich null ist, überhaupt nicht abgetragen. Durch das Einstellen des Förderdrucks der Förderpumpe kann die Strömungsgeschwindigkeit und damit auch der Materialabtrag beeinflußt werden. In der Praxis haben sich Förderdrücke zwischen 50 bar und 140 bar als geeignet herausgestellt.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Kraftstoffhochdruckspeichers 1 dargestellt. Der Anschlussstutzen 2 weist ein Innengewinde 8 auf mit dem eine nicht dargestellte Hochdruckleitung verschraubt werden kann.

Da die Bohrung 4 nicht senkrecht in den Speicherraum 5 einmündet ist die Kante 5, über den Umfang der Bohrung 4 betrachtet, nicht überall gleich scharf. An der Stelle 9 ist sie am scharfkantigsten, während sie an der Stelle 10 deutlich stumpfer ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verrunden wurde der Kraftstoffhochdruckspeicher 1 in der Ebene A-A aufgeschnitten und untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass die Kante 6 an der Stelle 9 am stärksten verrundet wurde, während der Materialabtrag an der Stelle 10 geringer war.

Fig. 3 zeigt das Ergebnis einer Messung der Verrundung in der Ebene A-A nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an der scharfkantigen Stelle 9. Dargestellt ist in diesem Diagramm die Rundungskontur der scharfkantigen Stelle 9 in Fig. 2 (Y-Achse) über der Bewegungsrichtung des Meßtasters (X-Achse). Der Krümmungsradius R beträgt 0,782 mm.

In Fig. 4 ist eine Einspritzdüse 11 für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem konischen Sackloch 12 dargestellt. Über ein Spritzloch 13 gelangt der nicht dargestellte Kraftstoff aus dem Sackloch 12 in den ebenfalls nicht dargestellten Brennraum. An das konische Sackloch 12 schließt sich ein kegelstumpfförmiger Düsennadelsitz 14 an.

Auf der linken Seite von Fig. 4 ist ein Übergang zwischen Sackloch 12 und Düsennadelsitz 14 nach dem Stand der Technik als Kante 16 dargestellt. Diese Kante 16 entsteht beim Schleifen des Düsennadelsitzes 14. Je nach Art der Bearbeitung kann die Kante 16 ein scharfer Grat oder eine glatte Kante sein.

Auf der rechten Seite von Fig. 4 ist ein erfindungsgemäß verrundeter Übergang 17 zwischen Sackloch 12 und Düsennadelsitz 14 dargestellt. Dazu wird eine erosive Flüssigkeit vom Düsennadelsitz 14 durch das Spritzloch 13 gefördert. Um eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Kante 16, bzw. des verrundeten Übergangs 17 zu erzielen, wird beim Verrunden ein Körper 15, der beispielsweise aus Keramik besteht und dessen Geometrie im wesentlichen einer Düsennadel entspricht, in die Einspritzdüse 11 eingeführt. Wenn der Körper 15 ein wenig vom Düsennadelsitz 14 abgehoben wird, ist wegen der Kontinuitätsgleichung die Strömungsgeschwindigkeit der nicht dargestellten erosiven Flüssigkeit im Bereich der Kante 16, bzw. des verrundeten Übergangs 17 am höchsten. In Folge dessen wird dort auch am meisten Material erodiert und somit vor allem dort eine Verrundung herbeigeführt.

Grundsätzlich können Kanten jeglicher Art an Außenkonturen oder Innenkonturen mit Hilfe eines Körpers 15 oder ohne einen solchen verrundet werden, wenn die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Kanten 5 oder 16 ausreichend hoch ist. Da die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit nur im Bereich der Kanten 5 oder 16 hoch sein muß, ist der Materialabtrag der erosiven Flüssigkeit an den anderen Stellen des Werkstück sowie der Pumpe und der sonstigen Einrichtungen sehr gering. Dadurch verlängert sich deren Lebensdauer.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (8)

1. Verfahren zum Kantenverrunden und zum Entgraten von unten, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:

• - Umströmen der zu verrundenden Kante (6, 16) mit einer erosiven Flüssigkeit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich der zu verundenden Kante (6, 16) gegenüber der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Flüssigkeit ein Körper (15) eingebracht wird, dessen Oberfläche mit der zu verrundenden Kante (16) einen Spalt bildet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung der Flüssigkeit und die Längsachse der zu verrundenden Kante (6, 16) einen Winkel, insbesondere von 90°, einschließen.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Förderpumpe für die Flüssigkeit, mit einer hydraulischen Verbindung zwischen Förderpumpe und dem Bauteil (1, 11), dessen Kante (6, 16) zu verrunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der zu verrundenden Kante (6, 16) einen Spalt bildender Körper vorhanden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sammeleinrichtung zum Auffangen der Flüssigkeit vorhanden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Kreislauf geführt wird.