DE10151461A1

DE10151461A1 - Verfahren, Abrasivmedium und Vorrichtung zur Bearbeitung der Oberflächen eines Werkstücks

Info

Publication number: DE10151461A1
Application number: DE2001151461
Authority: DE
Inventors: Herbert Frankl
Original assignee: Sonplas GmbH
Current assignee: Sonplas GmbH
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung der Oberflächen eines Werkstücks, bei dem eine Trägerflüssigkeit mit darin enthaltenen Abrasivpartikeln als Abrasivmedium an der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks vorbeigeleitet wird, wobei die in der Trägerflüssigkeit enthaltenen Abrasivpartikel beim Vorbeiströmen Material von der Oberfläche des Werkstücks abtragen. Zur Variation der Materialabtragungsrate werden der Trägerflüssigkeit Partikel mit definierten ferromagnetischen Eigenschaften zugesetzt und nahe des zu bearbeitenden Oberflächenabschnitts des Werkstücks ein Magnetfeld erzeugt. Durch das Magnetfeld bilden die in der Trägerflüssigkeit enthaltenen ferromagnetischen Partikel zumindest bereichsweise kettenartige Strukturen, die zu einer Erhöhung des Fließwiderstandes im Abrasivmedium und damit zu einem erhöhten Materialabtrag führen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Abrasivmedium mit ferromagnetischen Partikeln sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Bearbeitung der Oberflächen eines Werkstücks. Ferner betrifft die Erfindung ein Abrasivmedium nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14 zur Bearbeitung der Oberflächen eines Werkstücks.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem als Abrasivmedium eine Trägerflüssigkeit mit darin enthaltenen Abrasivpartikeln verwendet wird, ist bekannt. Bei diesem sogenannten hydroerosiven Verfahren wird das Abrasivmedium an der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks vorbeigeleitet, wobei die in der Trägerflüssigkeit enthaltenen Abrasivpartikel beim Vorbeiströmen Material von der Oberfläche des Werkstücks abtragen. Dieses hydroerosive Bearbeitungsverfahren wird unter anderem zum Entgraten und Verrunden von Bauteilkanten verwendet. Ferner kommt dieses bekannte Verfahren insbesondere auch zur Bearbeitung der Innenoberflächen von Bohrungen, Hinterschneidungen, Bohrungsverschneidungen oder Nuten, die am Werkstück ausgebildet sind, zum Einsatz. So wird dieses hydroerosive Bearbeitungsverfahren beispielsweise zum Entgraten und Verrunden sowie zur gezielten Voralterung und Durchflusseinstellung von Strömungskanälen und Düsenöffnungen der Einspritzdüsen von Kraftstoffeinspritzventilen angewandt.

Bei diesem bekannten Verfahren werden als Trägerflüssigkeit des Abrasivmediums häufig thixotrope Silikonöle und -pasten verwendet, welche mit entsprechenden Abrasivpartikeln bzw. Schleifmitteln versetzt sind. Diese auf thixotropen Silikonölen und -pasten basierenden Abrasivmedien sind vergleichsweise zähflüssig, werden jedoch unter Druck fließfähig, wobei allerdings die Viskosität derartiger Abrasivmedien verglichen mit der Viskosität von auf dünnflüssigen Trägerflüssigkeiten basierenden Abrasivmedien vergleichsweise hoch ist. Dies führt insbesondere bei der Bearbeitung von Einspritzventilen, deren Strömungskanäle und Düsenöffnungen sehr kleine Querschnittsabmessungen aufweisen, aufgrund der Zähflüssigkeit des Abrasivmediums zu Problemen, da das Abrasivmedium mit einem entsprechend hohen Druck durch die Kanäle und Öffnungen gefördert werden muss, wodurch gegebenenfalls zuviel Material abgetragen wird. Ferner ist eine genaue Verfahrensführung für einen definierten Materialabtrag kaum möglich. Aus diesem Grund werden bei der Bearbeitung von Einspritzventilen alternativ Abrasivmedien verwendet, die eine Trägerflüssigkeit mit geringer Viskosität, beispielsweise Dieselkraftstoff, verwenden. Allerdings besteht bei Verwendung derartiger Trägerflüssigkeiten das Problem, dass aufgrund der geringen Viskosität der Trägerflüssigkeit der Materialabtrag verglichen mit den zuerst genannten Abrasivmedien, die auf Silikonölen und -pasten basieren, gering ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, ein Abrasivmedium bzw. eine Vorrichtung zur Bearbeitung der Oberflächen eines Werkstücks anzugeben, bei dem bzw. bei der der durch die in der Trägerflüssigkeit enthaltenen Abrasivpartikeln verursachte Materialabtrag gezielt eingestellt werden kann.

Die Erfindung löst die Aufgabe druch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Ferner löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Abrasivmedium mit den Merkmalen nach Anspruch 9 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 14.

Die Materialabtragungsrate hängt bei Verwendung der zuvor beschriebenen Abrasivmedien einerseits von dem Anteil der im Abrasivmedium enthaltenen Abrasivpartikel und andererseits von der Viskosität der Trägerflüssigkeit ab. Die Erfindung beruht nun unter anderem auf dem Gedanken, durch eine gezielte Veränderung der Viskosität der Trägerflüssigkeit die Materialabtragungsrate des Abrasivmediums während der Bearbeitung der Oberflächen zu verändern und gezielt auf einen gewünschten Wert einzustellen. Zu diesem Zweck wird bei der Erfindung vorgeschlagen, ein Abrasivmedium einzusetzen, dessen Fließfähigkeit in Abhängigkeit eines Magnetfeldes gezielt einzustellen und gegebenenfalls zu verändern ist. Die Trägerflüssigkeit des Abrasivmediums ist hierzu mit Partikeln mit definierten ferromagnetischen Eigenschaften versetzt worden, die bei Anlegen eines Magnetfeldes zumindest bereichsweise kettenartige Strukturen bilden. Durch die Ausbildung dieser kettenartigen Strukturen, die sich insbesondere an den zu bearbeitenden Oberflächen des Werkstücks anlagern, in Kombination mit der Fluidbewegung wird ein hoher Materialabtrag erzielt. Der Materialabtrag kann allein durch die ferromagnetischen Partikel erfolgen. Sind in der Trägerflüssigkeit zusätzlich Abrasivpartikel enthalten, werden auch diese an die zu bearbeitenden Oberflächen gepresst. Die Anlagerung der ferromagnetischen Partikel und der Abrasivpartikel bewirkt an den zu bearbeitenden Oberflächen eine lokale Viskositätserhöhung des Abrasivmediums, wodurch ein besonders guter Materialabtrag an der zu bearbeitenden Oberfläche erreicht wird.

Durch die erfindungsgemäße Veränderung der Fließfähigkeit des Abrasivmediums ist es möglich, einerseits einen vergleichsweise hohen Materialabtrag zu erreichen, so wie er bei Verwendung von Abrasivmedien mit thixotropen Silikonölen und -pasten erreicht werden kann. Andererseits kann beispielsweise für eine Feinstbearbeitung der Oberflächen eine sehr hohe Fließfähigkeit des Abrasivmediums eingestellt werden. Da die Fließfähigkeit elektromagnetisch eingestellt wird und weitgehend unabhängig von der Trägerflüssigkeit ist, kann diese nahezu frei ausgewählt werden. Hierdurch ergeben sich vielfältigste Vorteile.

So lässt sich durch die Variation des Materialabtrages einerseits die Bearbeitungszeit verglichen mit den Abrasivmedien, die etwa auf Dieselkraftstoff als Trägerflüssigkeit basieren, deutlich reduzieren. Gleichzeitig ist bei Einstellen eines sehr geringen Materialabtrages eine Feinstbearbeitung möglich, mit der insbesondere sehr gezielt die individuelle Durchflusseinstellung an den Strömungskanälen und Düsenöffnungen der Einspritzdüsen von Kraftstoffeinspritzventilen vorgenommen werden kann. Ferner kann ein aufwändiges Reinigen von Werkstücken, wie es bei Verwendung von Abrasivmedien mit thixotropen Silikonölen und -pasten als Trägerflüssigkeit erforderlich ist, entfallen, da das Werkstück kurz vor dem Ende der Bearbeitung durch Einstellen einer entsprechend hohen Fließfähigkeit des Abrasivmediums auf Kraftstoffbasis gespült werden kann. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.

So wird bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, die Feldstärke des Magnetfeldes während des Materialabtrages zu verändern.

Hierdurch ist es möglich, die Materialabtragungsrate kontinuierlich an die aktuellen Bearbeitungsbedingungen gezielt anzupassen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, das Magnetfeld im Werkstück selbst zu erzeugen. Hierdurch ist es möglich, das Magnetfeld definiert auf bestimmte zu bearbeitende Oberflächenabschnitte zu begrenzen, so dass an diesen Oberflächenabschnitten der Materialabtrag gezielt beeinflusst werden kann. Auf diese Weise können beispielsweise Maßabweichungen innerhalb eines gestuft ausgebildeten Strömungskanals an unterschiedlichen Kanalabschnitten ausgeglichen werden.

Damit das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Werkstücken eingesetzt werden kann, die aus einem nichtmagnetischen Werkstoff gefertigt sind, wird ferner vorgeschlagen, das Magnetfeld durch das Abrasivmedium selbst zu leiten, so dass der magnetische Fluss über das Abrasivmedium erfolgt.

Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Feldstärke des Magnetfeldes während der Anfangsphase der Bearbeitung des Werkstücks für einen großen Materialabtrag auf einen hohen Wert eingestellt. Durch diese Art der Verfahrensführung ist es möglich, insbesondere in der Anfangsphase der Bearbeitung Grate und Unebenheiten durch einen hohen Materialabtrag abzutragen bzw. auszugleichen, wodurch die Bearbeitungszeit des Werkstücks insgesamt verkürzt wird. Dies kann allein durch die Veränderung des Magnetfeldes erreicht werden, während die Fluidströmung kaum oder gar nicht verändert werden braucht.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Feldstärke des Magnetfeldes während der Endphase der Bearbeitung des Werkstücks für eine Feinverarbeitung auf einen geringen Wert eingestellt oder das Magnetfeld gegebenenfalls sogar abgeschaltet wird. Hierdurch ist es möglich, insbesondere bei Abschalten des Magnetfeldes, einen gezielten finalen Materialabtrag zu erreichen, bei dem die gewünschten Geometrien am Bauteil sowie die gewünschten Oberflächenrauhigkeiten mit sehr hoher Qualität realisiert werden können.

Bei einem besonders bevorzugten Einsatzgebiet wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Bearbeitung der Strömungskanäle und Düsenöffnungen der Einspritzdüsen von Kraftstoffeinspritzventilen verwendet. Bei diesem bevorzugten Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abrasivmedium durch die Strömungskanäle und Düsenöffnungen gefördert, wobei durch Einstellen des Magnetfeldes die Materialabtragungsrate entsprechend verändert werden kann. In einer Endphase der Bearbeitung wird bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens das Abrasivmedium mit einem Druck durch den Strömungskanal und die Düsenöffnung(en) gefördert, der im Wesentlichen dem späteren Betriebsdruck der Einspritzdüse entspricht. Gleichzeitig wird das Magnetfeld zumindest in dieser Endphase der Bearbeitung auf einen Wert eingestellt, bei dem das flüssige Abrasivmedium eine Viskosität aufweist, welche im Wesentlichen der Viskosität einer für die Einspritzdüse vorgesehenen Betriebsflüssigkeit, beispielsweise einem Dieselkraftstoff, entspricht. Durch Einstellen dieser Verfahrensparameter wird erreicht, dass das Abrasivmedium sehr weitgehend ein Strömungsverhalten zeigt, wie die Betriebsflüssigkeit, die während eines späteren Einsatzes der Einspritzdüse durch den Strömungskanal und die Düsenöffnung(en) strömt. Es können so von dem Strömungsverhalten des Abrasivmediums direkt Rückschlüsse auf das spätere Betriebsverhalten der Einspritzdüse gezogen werden. Hierdurch ist es insbesondere auch möglich, die Einspritzdüse hinsichtlich ihres Durchfluss- und Einspritzverhaltens in diesem letzten Feinstbearbeitungsschritt einzustellen.

Bei einer weiteren bevorzugten Verfahrensführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, eine physikalische Größe des Abrasivmediums, beispielsweise den Druck oder den Volumenstrom des Abrasivmediums, als Ist-Wert während der Bearbeitung des Werkstücks zu messen und bei Erreichen eines vorgegebenen Soll-Wertes die Bearbeitung des Werkstücks zu beenden. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Ventilkörper eines Hydraulikventils, eine Drosselstelle in einem Ventil oder ähnliche Funktionsbereiche in einem Werkstück bearbeitet werden, das Werkstück so fertigzustellen, dass das Werkstück ein den tatsächlichen späteren Einsatzbedingungen entsprechendes Betriebsverhalten zeigt.

Zur Durchführung des Verfahrens wird insbesondere ein Abrasivmedium verwendet, wie es in Anspruch 9 definiert ist. Bei diesem erfindungemäßen Abrasivmedium ist die Trägerflüssigkeit mit Partikeln definierter ferromagnetischer Eigenschaften versetzt. Diese Partikel bilden aufgrund ihrer ferromagnetischen Eigenschaften bei Anlegen eines Magnetfeldes kettenartige Strukturen aus, die parallel zu den Magnetfeldlinien des Magnetfeldes verlaufen. Durch diese kettenartigen Strukturen ändert sich der Fließwiderstand der Trägerflüssigkeit, so dass deren Viskosität scheinbar zunimmt. Mit wachsender Feldstärke des Magnetfeldes nimmt dabei der Fließwiderstand der Flüssigkeit zu. Durch das Ausnutzten dieser magnetorheologischen Eigenschaften des Abrasivmediums wird durch Anlegen und Verändern eines Magnetfeldes die Materialabtragungsrate des Abrasivmediums gezielt nach Größe und Ort beeinflusst.

Bevorzugt weisen die Partikel mit ferromagnetischen Eigenschaften gleichzeitig auch abrasive Eigenschaften auf, so dass die Partikel mit ferromagnetischen Eigenschaften nicht nur zum Verändern des Fließverhaltens der Trägerflüssigkeit dienen, sondern gleichzeitig auch den Materialabtrag an der Oberfläche zusätzlich unterstützen. In bestimmten Fällen können diese allein die Abrasivpartikel sein.

Bei einer bevorzugten Variante des Abrasivmediums bestehen die Partikel mit ferromagnetischen Eigenschaften aus einem weichmagnetischen Material, so dass die Partikel bei einem Abschalten des Magnetfeldes keine magnetischen Eigenschaften mehr zeigen. Gleichzeitig werden bei dieser Variante des Abrasivmediums zusätzlich Abrasivpartikel verwendet, die aus nichtmagnetischen Schleifkörnern, wie beispielsweise Siliziumkarbid, Bohrkarbid oder Diamantstaub, bestehen.

Die Abrasivpartikel und/oder die Partikel mit ferromagnetischen Eigenschaften besitzen vorzugsweise einen durchschnittlichen Durchmesser in einem Bereich von 1 bis 10 µm, so dass auch Strömungskanäle und Öffnungen mit vergleichsweise geringen Querschnittsabmessungen zu bearbeiten sind. Gleichzeitig wird durch die geringe Partikelgröße eine Feinstbearbeitung der Oberflächen möglich. Sofern dies gewünscht wird, können insbesondere die Partikel mit ferromagnetischen Eignenschaften auch eine geringere Partikelgröße aufweisen. So kann der Partikeldurchmesser gegebenenfalls in einem Bereich von 30 bis 50 nm liegen, wodurch insbesondere ein sehr sedimentationsstabiles Abrasivmedium geschaffen wird. Der Volumenanteil der Partikel mit ferromagnetischen Eigenschaften im Abrasivmedium liegt vorzugsweise in einem Bereich von 20 bis 60%.

Insbesondere zur Bearbeitung der Einspritzdüsen von Kraftstoffeinspritzventilen wird bei einer besonders bevorzugten Variante des Abrasivmediums die Verwendung eines Kraftstoffes oder eines Ersatzstoffes mit entsprechenden rheologischen Eigenschaften als Trägerflüssigkeit vorgeschlagen. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Abrasivmedium insbesondere bei einer Feinbearbeitung der Strömungskanäle und Düsenöffnungen in der Einspritzdüse ein im Wesentlichen dem Strömungsverhalten des tatsächlichen Kraftstoffes entsprechendes Strömungsverhalten zeigt, so dass von dem Strömungsverhalten des Abrasivmediums Rückschlüsse auf das Strömungsverhalten des Kraftstoffes gezogen werden können.

Sofern erforderlich, wird dem Abrasivmedium ein thixotroper Zusatzstoff beigegeben, dessen Partikel eine schichtförmige Struktur aufweisen, um eine Sedimentation der in der Trägerflüssigkeit enthaltenen Abrasivpartikel und ferromagnetischen Partikel zu verhindern.

Durch die Verwendung dieses Zusatzstoffes im Abrasivmedium erhält das Abrasivmedium thixotrope Eigenschaften, so dass das Abrasivmedium unter dynamischen Bearbeitungsbedingungen fließfähig ist, während es in einem statischen Zustand eine gelartige Struktur aufweist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, wie sie im Anspruch 14 definiert ist, die sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines Abrasivmediums, eine Entsorgungseinrichtung zum Abführen des Abrasivmediums sowie eine Pumpeneinrichtung zum Fördern des Abrasivmediums von der Zuführeinrichtung zur Entsorgungseinrichtung auf, wobei das Abrasivmedium an der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks zum Materialabtrag vorbeiströmt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens eine Spulenanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes im Strömungsbereich des Abrasivmediums zwischen der Zuführeinrichtung und der Entsorgungseinrichtung vorgesehen. Mit Hilfe dieser Spulenanordnung wird während der Bearbeitung des Werkstücks ein Magnetfeld erzeugt, durch das bei Verwendung eines Abrasivmediums, dessen Trägerflüssigkeit Partikel mit ferromagnetischen Eigenschaften enthält, das Strömungsverhalten des Abrasivmediums gezielt beeinflusst wird. Das Abrasivmedium kann nach einer gegebenenfalls notwendigen Aufbereitung über eine Rückführleitung von der Entsorgungseinrichtung an die Zuführeinrichtung rückgeführt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen der Zuführeinrichtung und der Entsorgungseinrichtung eine Werkstückaufnahme zum Halten des Werkstücks angeordnet, wobei die Spulenanordnung an der Werkstückaufnahme vorgesehen ist. Die Positionierung der Spulenanordnung an der Werkstückaufnahme hat insbesondere den Vorteil, dass das von der Spulenanordnung zu erzeugende Magnetfeld unmittelbar in das Werkstück übertragen werden kann, wodurch eine sehr genaue Ausrichtung des Magnetfeldes bezüglich des Werkstücks erreicht wird.

Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung mit Werkstückaufnahme vorgeschlagen, die Werkstückaufnahme aus einem ferromagnetischen Werkstoff zu fertigen, wobei die Werkstückaufnahme gleichzeitig auch den Spulenkörper der Spulenanordnung bildet. Durch die Integration der Spulenanordnung in die Werkstückaufnahme kann eine kompakte Anordnung dieser Funktionseinheiten erreicht werden, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Haugröße im Wesentlichen der Baugröße entsprechender bekannter Vorrichtungen gleicht. Besonders bevorzugt ist die Werkstückaufnahme aus einem weichmagnetischen Werkstoff gefertigt, der bei einem Abschalten des Magnetfeldes keine magnetische Wirkung mehr zeigt.

Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, an der Vorrichtung einen Druckmesser vorzusehen, der den im Abrasivmedium wirkenden Druck erfasst. Hierdurch ist es möglich, den Druck im Abrasivmedium während der Bearbeitung bei einem konstanten Fluidstrom zu messen. Bei Erreichen eines Druck-Sollwertes kann die Bearbeitung beendet werden. So ist eine einfache sowie schnelle und damit nahezu verzögerungsfreie Steuerung der Vorrichtung möglich. Vorzugsweise wird der Druck des Abrasivmediums in der Zuführeinrichtung vom Druckmesser gemessen, da auf diese Weise der Strömungswiderstand im Werkstück sehr geanu bestimmbar ist.

Zur Bearbeitung der Innenoberflächen von in Werkstücken ausgebildeten Strömungskanälen wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung vorgeschlagen, an der Zuführeinrichtung einen Kontaktierkopf vorzusehen, der an den Mündungsbereich des im Werkstück ausgebildeten Strömungskanals dichtend anlegbar ist. Durch diesen Kontaktierkopf kann dann das Abrasivmedium in den Strömungskanal eingeleitet werden, ohne dass ein Teil des Abrasivmediums ungenutzt an der Außenseite des Werkstücks abläuft.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Darin zeigt die einzige Figur eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstückoberflächen unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Abrasivmediums.

In der einzigen Figur ist eine Vorrichtung 10 zur Bearbeitung der Oberflächen von Werkstücken dargestellt. Bei dem gezeigten Anwendungsfall wird die Vorrichtung 10 zur Oberflächenbearbeitung einer Einspritzdüse 12 eines nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzventils verwendet. Die Einspritzdüse 12 weist einen in ihrer Längsrichtung verlaufenden Strömungskanal 14 auf, der in einer an der Stirnseite der Einspritzdüse 12 ausgebildeten Düsenöffnung 16 endet. Der Strömungskanal 14 und die Düsenöffnung 16 sind in herkömmlicher Weise, etwa durch spanende Bearbeitung gefertigt worden. Dabei wurde sowohl der Strömungskanal 14 als auch die Düsenöffnung 16 mit einem gewissen Aufmaß gefertigt, um in einem abschließenden Feinbearbeitungsschritt in der Vorrichtung 10 die Innenoberflächen des Strömungskanals 14 und der Düsenöffnung 16 zu bearbeiten.
Die Vorrichtung 10 weist eine Werkstückaufnahme 18 auf, in die die Einspritzdüse 12 eingesetzt und in bekannter Weise, beispielsweise durch Einspannen in ihrer Lage gehalten ist. Die Werkstückaufnahme 18 weist ferner eine Ringspule 20 auf, die das in die Werkstückaufnahme 18 eingespannte Werkstück konzentrisch umgibt. Die Werkstückaufnahme 18 ist aus einem weichmagnetischen Material, beispielsweise einem Stahl mit Aluminium-, Silizium-, Kobald- oder Chrom-Aluminium-Legierungsbestandteilen, gefertigt und dient der Ringspule 20 gleichzeitig als Spulenkörper.
Die Ringspule 20 ist mit einer nicht dargestellten Steuerung der Vorrichtung 10 verbunden. Mit Hilfe der nicht dargestellten Steuerung kann unter anderem die Feldstärke des von der Ringspule 20 erzeugten Magnetfeldes M eingestellt werden, wie später noch detailliert erläutert wird.
Des Weiteren weist die Vorrichtung 10 einen Kontaktierkopf 22 einer nicht dargestellten Zuführeinrichtung auf. Der Kontaktierkopf 22 ist bezüglich der Werkstückaufnahme 18 beweglich und kann zwischen einer angehobenen Stellung (nicht dargestellt) in der er mit Abstand zur Werkstückaufnahme 18 gehalten ist, und einer Zuführstellung hin und her bewegt werden, in der er unter Vorspannung an der Stirnseite der Einspritzdüse 12 anliegt.
An der mit der Einspritzdüse 12 in Berührung kommenden Stirnseite 24 des Kontaktierkopfes 22 ist eine Nut 26 ausgebildet, in der eine Dichtung 28 aufgenommen ist. Die ringförmige Nut 26 ist dabei konzentrisch zu einem durch den Kontaktierkopf 22 verlaufenden Zuführungskanal 30 an der Stirnseite 24 vorgesehen. In seiner Zuführstellung, wie sie in der Figur gezeigt ist, ist der Kontaktierkopf 22 so bezüglich der Einspritzdüse 12 positioniert, dass der Zuführungskanal 30 zumindest annähernd mit dem Strömungskanal 14 der Einspritzdüse 12 fluchtet. Gleichzeitig wird der Kontaktierkopf 22 mit einer so hohen Kraft gegen die Stirnseite der Einspritzdüse 12 gepresst, dass ein zumindest annähernd fluiddichter Übergang zwischen dem Zuführungskanal 30 und dem Strömungskanal 14 gebildet ist.
Durch den Zuführungskanal 30 wird von einer nicht dargestellten Pumpeneinrichtung ein Abrasivmedium 32 in den Strömungskanal 14 gefördert, das aus der Düsenöffnung 16 austritt und von einer nicht dargestellten Entsorgungseinrichtung der Vorrichtung 10 abtransportiert wird. Das abtransportierte Abrasivmedium 32 wird anschließend durch Niederdruckpumpen über Filter zum Ausfiltern von Grobpartikeln wie Schmutz oder Gratbärten erneut der Pumpeneinrichtung zugeführt, die das Abrasivmedium erneut in den Zuführkanal 30 des Kontaktierkopfes 22 pumpt.
Als Abrasivmedium 32 wird im vorliegenden Fall eine Trägerflüssigkeit 34 verwendet, die Abrasivpartikel 36, beispielsweise Schleifpartikel aus Siliziumkarbid oder Bohrkarbid, enthält. Des Weiteren wurden der Trägerflüssigkeit 34 ferromagnetische Partikel 38 zugegeben, die aus einem weichmagnetischen Material bestehen. Um ein Sedimentieren der Partikel 36 und 38 in der Trägerflüssigkeit 34 zu verhindern, enthält die Trägerflüssigkeit 34 darüber hinaus ein Thixotropiermittel, durch das die Partikel 36 und 38 in Schwebe gehalten werden, wenn die Trägerflüssigkeit 34 ruht.
Als Trägerflüssigkeit 34 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, oder auch eine Flüssigkeit verwendet, die sich in ihren rheologischen Eigenschaften mit den rheologischen Eigenschaften eines Kraftstoffes zumindest annähernd deckt.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Vorrichtung 10 näher erläutert.
Zunächst wird die Einspritzdüse 12 in die Werkstückaufnahme 18 eingespannt und der Kontaktierkopf 22 in seine Zuführstellung abgesenkt. Anschließend wird die Pumpeneinrichtung (nicht dargestellt) aktiviert, die das Abrasivmedium 32durch den Zuführungskanal 30 des Kontaktierkopfes 22 in den Strömungskanal 14 fördert, aus dem es durch die Düsenöffnung 16 austritt. Bei dem Durchströmen des Strömungskanals 14 und der Düsenöffnung 16 wird Material von den Innenoberflächen des Strömungskanals 14 und der Düsenöffnung 16 durch die Abrasivpartikel 36 abgetragen.
Sobald nun die Ringspule 20 von der nicht dargestellen Steuerung mit Strom versorgt wird, erzeugt die Ringspule 20 das Magnetfeld M. Das Magnetfeld M wird durch die weichmagnetische Werkstückaufnahme 18 an die gleichfalls aus einem ferromagnetischen Material gefertigte Einspritzdüse 12 übertragen, so dass an dem Kanalabschnitt des Strömungskanals 14 und am Übergang des Strömungskanals 14 in die Düsenöffnung 16 entsprechende Magnetkräfte entstehen.
Durch die entstehenden Magnetkräfte werden die im Abrasivmedium 32 enthaltenen ferromagnetischen Partikel 38 angezogen und bilden parallel zu den Magnetfeldlinien kettenartige Strukturen 40. Die kettenartigen Strukturen 40 lagern sich durch die Magnetkräfte an der Innenoberfläche des Strömungskanals ab, wobei auch die in der Trägerflüssigkeit 34 enthaltenen Abrasivpartikel 36 an die zu bearbeitenden Innenoberflächen gepresst werden. Auf diese Weise wird ein erhöhter Materialabtrag an der Innenoberfläche des Strömungskanals 14 und der Düsenöffnung 16 erreicht.
Durch Messen des im Abrasivmediums 32 wirkenden Drucks im Kontaktierkopf 32 kann der Strömungswiderstand erfasst werden, der im Strömungskanal 14 und der Düsenöffnung 16 wirkt. Durch entsprechende Variation der Feldstärke des Magnetfeldes M wird das Verhalten der ferromagnetischen Partikel 38 und damit die Bildung der kettenartigen Strukturen 40 so beeinflusst, dass der von den Abrasivpartikeln 36 verursachte Materialabtrag gezielt eingestellt werden kann.
Zur Bearbeitung der Einspritzdüse 12 wird in einer Anfangsphase der Bearbeitung die Feldstärke des Magnetfeldes M auf einen hohen Wert eingestellt, damit ein großer Materialabtrag beim Durchströmen des Strömungskanals 14 und der Düsenöffnung 16 auftritt. Auf diese Weise kann in vergleichsweise kurzer Bearbeitungszeit der Strömungskanal 14 und die Düsenöffnung 16 zumindest annähernd auf das endgültige Maß bearbeitet werden.
In einer Endphase der Bearbeitung wird dann das Magnetfeld M in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck, der im Abrasivmedium 32 wirkt, reduziert, um einen geringeren Materialabtrag an den Innenoberflächen zu erreichen. Ab einem bestimmten Druck im Abrasivmedium 32 wird das Magnetfeld M vollständig abgeschaltet, so dass die ferromagnetischen Partikel 38 keine den Fließwiderstand der Trägerflüssigkeit 34 erhöhenden kettenartigen Strukturen 40 mehr ausbilden.
Da als Trägerflüssigkeit 34 ein Kraftstoff verwendet wird, zeigt das Abrasivmedium 32 nach dem Abschalten des Magnetfeldes M zumindest annähernd das Strömungsverhalten eines regulären Kraftstoffes, der im späteren Betrieb von der Einspritzdüse 12 zerstäubt werden soll. Mit Hilfe des Abrasivmediums 32 wird dann eine Feinstbearbeitung der Einspritzdüse 12 vorgenommen, wobei deren Einspritzcharakteristika, die insbesondere durch die Form der Düsenöffnung 16 beeinflusst werden, gezielt eingestellt werden können.
Sobald das Abrasivmedium 32 ein Strömungsverhalten zeigt, wie es für den von der Einspritzdüse 12 zu zerstäubenden Kraftstoff gewünscht ist, ist die Feinstbearbeitung beendet und die Vorrichtung 10 wird abgeschaltet. Anschließend wird der Kontaktierkopf 22 verfahren und die fertige Einspritzdüse 12 entnommen werden.
Bei der in der Figur dargestellten Vorrichtung 10 ist nur eine einzige Ringspule 20 vorgesehen. Alternativ können auch mehrere Ringspulen 20 verwendet werden, die an unterschiedlichen Abschnitten des zu bearbeitenden Werkstückes Magnetfelder M erzeugen. Darüber hinaus ist es möglich, bei Verwendung mehrerer Ringspulen 20 unterschiedliche Feldstärken für die von den verschiedenen Ringspulen 20 erzeugten Magnetfelder M vorzugeben, wodurch entsprechend unterschiedliche Materialabtragungsraten in den verschiedenen Bereichen eingestellt werden können.
Wird ein aus einem nichtferromagnetischen Werkstoff gefertigtes Werkstück bearbeitet, kann durch entsprechende Ringspulen das Magnetfeld M auch unmittelbar im Abrasivmedium 32 im Bereich des Werkstücks erzeugt werden, um die entsprechenden Materialabtragungsraten zu variieren. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Bearbeitung von Außenoberflächen von Werkstücken, wobei dann in dem zu bearbeitenden Werkstück ein entsprechends Magnetfeld erzeugt wird.

Claims

1. Verfahren zur Bearbeitung der Oberflächen eines Werkstücks, insbesondere zur Bearbeitung der Innenoberflächen des Strömungskanals und der Düsenöffnung(en) einer Einspritzdüse eines Einspritzventils, bei dem eine Trägerflüssigkeit (34) mit darin enthaltenen Abrasivpartikeln (36) als Abrasivmedium (32) an der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks (12) vorbeigeleitet wird, wobei die in der Trägerflüssigkeit (34) enthaltenen Abrasivpartikel (36) beim Vorbeiströmen Material von der Oberfläche des Werkstücks (12) abtragen, dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerflüssigkeit (34) mit Partikeln (38) mit definierten ferromagnetischen Eigenschaften versetzt wird,
dass nahe wenigstens einem Abschnitt der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks (12) während des Materialabtrags zumindest zeitweise wenigstens ein Magnetfeld (M) erzeugt wird und
dass durch das Magnetfeld (M) die in der Trägerflüssigkeit (34) enthaltenen ferromagnetischen Partikel (38) zumindest bereichsweise kettenartige Strukturen (40) bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldstärke des Magnetfeldes (M) während des Materialabtrags verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (M) im Werkstück (12) erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (M) im Abrasivmedium (32) erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldstärke des Magnetfeldes (M) während der Anfangsphase der Bearbeitung des Werkstücks (12) für einen großen Materialabtrag auf einen hohen Wert eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldstärke des Magnetfeldes (M) während der Endphase der Bearbeitung des Werkstücks (12) für eine Feinbearbeitung auf einen geringen Wert eingestellt oder das Magnetfeld (M) abgeschaltet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das zu bearbeitende Werkstück die Einspritzdüse (12) eines Einspritzventils ist, dessen Strömungskanal (14) und Düsenöffnung(en) (16) bearbeitet werden,
dass das Abrasivmedium (32) zumindest während einer Endphase der Bearbeitung mit einem Druck durch den Strömungskanal (14) und die Düsenöffnung(en) (16) gefördert wird, der im wesentlichen dem späteren Betriebsdruck der Einspritzdüse (12) entspricht, und
dass das Magnetfeld (M) zumindest in dieser Endphase der Bearbeitung auf einen Wert eingestellt wird, bei dem das flüssige Abrasivmedium eine Viskosität aufweist, welche im wesentlichen der Viskosität einer für die Einspritzdüse vorgesehenen Betriebsflüssigkeit entspricht.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Ist-Wert des Abrasivmediums, insbesondere der Druck oder der Volumenstrom des Abrasivmediums (32), während der Bearbeitung des Werkstücks (12) gemessen wird und
dass bei Erreichen eines vorgegebenen Soll-Wertes die Bearbeitung des Werkstücks (12) beendet wird.

9. Abrasivmedium zur Bearbeitung der Oberflächen eines Werkstücks, mit einer Trägerflüssigkeit (34) und darin enthaltenen Abrasivpartikeln (36), insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerflüssigkeit (34) mit Partikel (38) definierter ferromagnetischer Eigenschaften versetzt ist, welche bei Anlegen eines Magnetfeldes (M) kettenartige Strukturen (40) ausbilden.

10. Abrasivmedium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (38) mit ferromagnetischen Eigenschaften gleichzeitig abrasive Eigenschaften aufweisen.

11. Abrasivmedium nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Partikel (38) mit ferromagnetischen Eigenschaften aus einem weichmagnetischen Material bestehen und
dass die Abrasivpartikel (36) nichtmagnetische Schleifkörner sind.

12. Abrasivmedium nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrasivpartikel (36) und/oder die Partikel (38) mit ferromagnetischen Eigenschaften einen durchschnittlichen Durchmesser in einem Bereich von 1 bis 10 µm aufweisen.

13. Abrasivmedium nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerflüssigkeit (34) ein Kraftstoff, insbesondere ein Dieselkraftstoff, oder ein Ersatzstoff mit entsprechenden rheologischen Eigenschaften ist.

14. Vorrichtung zur Bearbeitung der Oberflächen eines Werkstücks, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit
einer Zuführeinrichtung (22) zum Zuführen einer Abrasivpartikel (36) enthaltenden Trägerflüssigkeit (34) als Abrasivmedium (32),
einer Entsorgungseinrichtung zum Abführen des Abrasivmediums (32) und
einer Pumpeneinrichtung zum Fördern des Abrasivmediums (32) von der Zuführeinrichtung (22) zur Entsorgungseinrichtung, wobei das Abrasivmedium (32) an der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks (12) zum Materialabtrag vorbeiströmt,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Spulenanordnung (20) zum Erzeugen eines Magnetfeldes (M) im Strömungsbereich des Abrasivmediums (32) zwischen der Zuführeinrichtung (22) und der Entsorgungseinrichtung vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Zuführeinrichtung (22) und der Entsorgungseinrichtung eine Werkstückaufnahme (18) zum Halten des Werkstücks (12) angeordnet ist und
dass die Spulenanordnung (20) an der Werkstückaufnahme (18) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahme (18) aus einem ferromagnetischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff, gefertigt ist und den Spulenkörper der Spulenanordnung (20) bildet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Druckmesser zum Erfassen des im Abrasivmedium (32) wirkenden Drucks vorgesehen ist und
dass der Druckmesser insbesondere den Druck des Abrasivmediums (32) in der Zuführeinrichtung (22) misst.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung einen Kontaktierkopf (22) aufweist, der an den Mündungsbereich eines im Werkstück (12) ausgebildeten Strömungskanals (14) zum Einleiten des Abrasivmediums (32) in den Strömungskanal (14) dichtend anlegbar ist.