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Dokumentenidentifikation DE10342441A1 07.04.2005
Titel Verfahren sowie Vorrichtung zum chemischen Bearbeiten von Bohrungen
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Berger, Klaus, Dipl.-Ing., 70734 Fellbach, DE;
Büttner, Ulrich, Dipl.-Ing., 89250 Senden, DE;
Neudecker, Thomas, Dipl.-Ing., 91056 Erlangen, DE
DE-Anmeldedatum 13.09.2003
DE-Aktenzeichen 10342441
Offenlegungstag 07.04.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.04.2005
IPC-Hauptklasse C23F 1/00
IPC-Nebenklasse C23F 1/08   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemischen Bearbeiten von Bohrungen, bei dem zumindest ein Bereich der Wandung der Bohrung während eines vorgebbaren Zeitintervalls mit einem chemischen Arbeitsmedium beaufschlagt und anschließend gespült wird. Hierzu wird in die Bohrung ein Rohrteil mit einem dem Rohrteil in Einbringrichtung vorgeordneten Dichtkopf eingeführt und die Bohrung im Bereich des zwischen der Wandung der Bohrung und des Dichtkopfes abgedichtet. Ferner wird die Bohrung in Schwerkraftrichtung unterhalb des Dichtkopfes zusätzlich abgedichtet, so dass zwischen den beiden Abdichtungen und dem Rohrteil ein geschlossener Ringraum gebildet wird. Aus einer im Rohrteil angeordneten Durchflussöffnung wird ein Arbeitsmedium in den Ringraum geleitet und entlang der Wandung nach unten abgeleitet, wobei zu aufeinander folgenden Zeitpunkten unterschiedliche axiale und/oder radiale Bereiche der Bohrung mit dem Arbeitsmedium beaufschlagt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Ätzen von Bohrungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der gattungsbildend zugrundegelegten DE 38 41 537 C2 als bekannt hervorgeht.

Aus der DE 38 41 537 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum chemischen Bearbeiten von Bohrungen bekannt, wie sie insbesondere zum Bearbeiten von Zylinderlaufbahnen von gegossenen Motorblöcken und/oder von Zylinderlaufbuchsen verwendet werden kann. Die Vorrichtung weist ein Rohrteil auf, bei dem an seinem einen stirnseitigen Endbereich ein Dichtkopf angeordnet ist. Der Dichtkopf dient zur fluidisch dichtenden Anlage an die innere Wandung der zu bearbeitenden Bohrung. Am anderen stirnseitigen Endbereich des Rohrteils ist eine Basisplatte angeordnet. Die Basisplatte wird im Betriebsfall dichtend an den in Richtung der Schwerkraftlinie gesehen unteren Außenbereich der Bohrung angelegt. Innerhalb der Basisplatte ist das Rohrteil axial zur Bohrung dichtend gehaltert. Durch diese Konstruktion wird zwischen dem Dichtkopf, dem Basisteil, der Wandung der Bohrung und dem Rohrteil ein Ringraum ausgebildet. Des weiteren ist das Rohrteil an seinem dichtkopfseitigen Stirnbereich mit wenigstens einer Durchflussöffnung versehen, die mit einer externen Zuführleitung für ein Arbeitsmedium fluidisch verbunden ist. Zusätzlich ist in dem Basisteil eine Abflussöffnung angeordnet, die mit einer Entsorgungsleistung fluidisch verbunden ist. Zur Bearbeitung der Wandung der Bohrung wird nun das Rohrteil in die Bohrung eingeführt und der Ringraum mittels des Dichtkopfes und der Basisplatte fluidisch dichtend verschlossen. Anschließend wird das Arbeitsmedium insbesondere unter Druck durch das Rohrteil zu den Durchflussöffnungen geleitet. Das Arbeitsmedium tritt an den Durchflussöffnungen aus und gelangt an die Wandungen der Bohrung. Hier läuft es nach unten ab, wird von der Basisplatte gestoppt und mittels der Abflussöffnungen aus dem Ringraum entfernt, insbesondere abgesaugt. Anschließend wird in analoger Weise die Wandung vorzugsweise mit Wasser gespült und das Wasser ebenfalls entfernt. Hieraus ist ersichtlich, dass das Rohrteil vorzugsweise mehrere, der Anzahl der Arbeitsmedien entsprechende Zuführleitungen aufweist. Ggf. kann auch die Basisplatte mit einer entsprechende Anzahl an Abflussöffnungen versehen sein. Durch diese Vorgehensweise gelangt keinerlei Art von Arbeitsmedium, bei dem es sich ja insbesondere auch um aggressive Säuren oder Laugen handeln kann, außerhalb des Ringraumes. Wie ersichtlich handelt es sich bei der vorbekannten Vorrichtung/Verfahren um eine vorteilhafte Ausbildung und Vorgehensweise hinsichtlich der Arbeitssicherheit. Allerdings ist die Bearbeitung der Bohrungswandung nicht gleichmäßig.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, das zugrunde gelegte Verfahren bzw. die zugrunde gelegte Vorrichtung dahingehend weiter zu entwickeln, dass das Arbeitsergebnis hinsichtlich der Wandung der Bohrung zumindest gleichmäßiger ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 1 bzw. mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Durch die gesteuert oszillierende Bewegung – d.h. durch die gezielte Auf- und Abwärtsbewegung – der Durchflussöffnungen innerhalb der Bohrung und entlang der Rotationsachse während des Austritts des Arbeitsmediums kann der Abtrag an Material an der Wandung der Bohrung zumindest gleichmäßiger vorgenommen werden.

Die Erfindung kann generell zum Strukturieren von Mantelflächen von Bohrungen, vorzugsweise zum Ätzen von Bohrungen verwendet werden. Insbesondere dient es zum Freilegen von Primärkristallen auf der Oberfläche von Zylinderlaufbahnen. Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Vorrichtung die Oberfläche gezielt mit einer Mikrostrukturierung versehen werden; es können dadurch Vertiefungen mit definierter Größe, Geometrie Tiefe und Anordnung in der entsprechende Oberfläche herausgeätzt werden. Diese Verwendung ist unabhängig davon, ob es sich um eine Zylinderlaufbuchse oder eine ggf. bereits eingegossenen Zylinderlaufbuchse handelt. Gleiches gilt für gegossene oder gespritzte Zylinderlaufbahnen. Ferner kann das Verfahren auch noch zur Vorbereitung einer anschließend zu spritzenden Zylinderlaufbahn verwendet werden.

Sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Im Übrigen wird die Erfindung anhand eines in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der einzigen Figur ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung zum chemischen Bearbeiten von Bohrungen 2 wird am Beispiel einer Zylinderlaufbuchse beschrieben. Die Vorrichtung weist ein Rohrteil 6 auf, dass konzentrisch zur Rotationsachse der Bohrung 2 in diese eingeführt wird. Das Rohrteil 2 umfasst eine Zugstange 10, die an ihrem in Einbringrichtung vorderen Endbereich mit einem Dichtkopf 7 versehen ist.

Am hinteren, unteren Endbereich ist die Zugstange 10 mit einem Zylinder 12 versehen, der zur gesteuerten Bewegung der Zugstange 10 dient.

Der Dichtkopf 7 weist umfangsseitig eine Dichtung 13 auf, die dichtend an der Wandung 1 der Bohrung 2 angelegt ist. Das nachfolgend zum Dichtkopf angeordnete Rohrteil 6 ist an dichtkopfseitigen Endbereich mit mehreren Durchflussöffnungen 4 versehen, die zum Austritt von Arbeitsmedien vorgesehen sind.

Die Arbeitsmedien werden den Durchflussöffnungen 4 von außen über Zuführleitungen 14 zugeführt und zumindest im Bereich der Durchflussöffnungen 4 auf die Wandung 1 der Bohrung 2 gespritzt.

Bei den Arbeitsmedien handelt es sich insbesondere um abrasiv wirkende Säuren oder Laugen sowie um Spül- und/oder Reinigungs- und/oder Trockenmittel wie insbesondere Wasser oder Druckluft.

Im Bereich ihres schwerkraftseitig unteren Endes weist die Vorrichtung eine Basisplatte 8 auf, die an den unteren Rand der Bohrung von außen und mittels einer weiteren Dichtung 15 von unten dichtend an die untere Stirnseite der Bohrung 2 angelegt wird.

Unterhalb der Basisplatte 8 ist um die Zugstange 10 und um das Rohrteil 6 ein Topf 11 angeordnet, durch den das Rohrteil 6 axial zur Bohrung 2 bewegt werden kann. Das Rohrteil 6 ist zur hermetischen Verriegelung des Ringraumes 3 gegenüber dem Topf 11 abgedichtet.

Der der Basisplatte 8 zugeordnete Topf 11 weist an seinem schwerkraftseitigen unteren Bereich Abflussöffnungen für die Arbeitsmedien auf, die mit einer externen Abflussleitung 16 verbunden sind.

Das Aufnahmevolumen des Topfes 11 ist auf das Volumen der Arbeitsmedien abgestimmt, so dass die Arbeitsmedien nach ihrem Aufspritzen die Wandung 1 hinunter ablaufen können, ohne dass sie sich am unteren Endbereich der Bohrung 2 aufstauen können.

Das um die Zugstange 10 herum angeordnet Rohrteil 6 ist zur Zugstange 10 in Axialrichtung 9 beweglich ausgeführt. Damit dient die Zugstange 10 auch zur axialen Führung des Rohrteils 6 innerhalb der Bohrung 2.

Alternativ hierzu kann auch der Dichtkopf 7 starr mit dem Rohrteil 6 verbunden sein. In diesem Fall oszilliert der Dichtkopf 7 gemeinsam mit dem Rohrteil 6, womit es bei jeder Abwärtsbewegung des Rohrteils 6 mit in Richtung der Basisplatte 8 bewegt wird. Hierdurch werden Arbeitsmedien entlang der Dichtfläche zwischen Dichtkopf 7 und Wandung 1 der Bohrung 2 in Richtung der Basisplatte 8 abgestreift.

Zur chemischen Bearbeitung der Wandung 1 einer Bohrung 2 mit der in der Figur dargestellt Vorrichtung wird die Zugstange 10 mit dem Dichtkopf 7 mittels des Zylinders 12 gesteuert von unten her in die Bohrung 2 eingeführt. Hierbei legt sich die randseitig des Dichtkopfes 7 angeordnete Dichtung 13 ringsum dichtend an die Wandung 1 der Bohrung 2 an.

Der Dichtkopf 7 wird bis an das obere axiale Ende der Bohrung 2 weitergeschoben, wodurch auch das axial beweglich von der Zugstange 10 gehalterte Rohrteil 6 in die Bohrung 2 eingebracht wird.

Anschließend wird die mit dem Topf 11 versehene Basisplatte 8 an den unteren Rand der Bohrung 2 dichtend angelegt. Hierdurch wird von dem Rohrteil 6, der Wandung 1 der Bohrung 2, dem Dichtkopf 7 und dem Topf 11 ein Ringraum 3 ausgebildet. Zur Abdichtung wird also das Baerbeitungsbauteil auf die Basisplatte 8 aufgesetzt, der Dichtkopf 7 in die Bohrung 2 eingeführt und die Dichtung 13 mittels der Zugstange 10 aktiviert, insbesondere aufgequetscht, wodurch der zu bearbeitende Ring (3)- bzw. Innenraum hermetisch verriegelt ist.

Nach der hermetischen Verriegelung des Ringraumes 3 wird das abtragende Arbeitsmedium über die Durchflussöffnungen 4 auf den ihnen gegenüberliegenden Bereich der Wandung 1 der Bohrung 2 aufgesprüht. Aufgrund der Schwerkraft fließt das aufgesprühte Arbeitsmedium in den Topf 11. Aus dem Topf 11 wird das Arbeitsmedium über die am Boden des Topfes 11 angeordneten Abflussöffnungen, die mit der externen Abflussleitung 16 verbunden sind, entfernt. Hierbei wird das im Topf 11 befindliche Arbeitsmedium bevorzugt abgesaugt.

Während des Aufsprühens des abtragenden Arbeitsmediums wird das Rohrteil 6 innerhalb des Ringraumes 3 oszillierend, insbesondere periodisch, gesteuert auf- und abwärts bewegt, wodurch die Wandung 1 der Bohrung 2 gesteuert über ihre gesamte im Ringraum 3 angeordnete Fläche mit dem abtragenden Medium beaufschlagt wird.

Je nach gewünschtem Arbeitsergebnis kann dadurch die Wandung 1 gleichförmig oder lokal unterschiedlich mit dem abtragenden Arbeitsmedium, vorzugsweise FeCl3, besprüht werden. Der Abtrag richtet sich dabei nach der Verweildauer des Arbeitsmediums an dem betrachteten Wandungsabschnitt der Bohrung 2. Diese Verweildauer kann durch die jeweilige lokale axiale Geschwindigkeit der Oszillation eingestellt werden.

Da es sich bei dem Arbeitsmedium vorzugsweise um eine Säure oder eine Lauge handelt, ist es sinnvoll, den Leitwert und/oder den Druck und oder das Zuströmvolumen des Arbeitsmediums vor dem Austritt aus den Durchflussöffnungen zu ermitteln. Durch diese Maßnahmen kann der dazugehörige Arbeitsprozess auf einfache Weise gesteuert und/oder überwacht werden. Gleiches gilt für die Ermittlung der Temperatur und/oder des Leitwerts des Spülmittels, das nach der Abtragung erfolgt. Insbesondere zur schnellen Trocknung und damit zur Ermöglichung einer raschen Weiterverarbeitung der Bohrung wird der Ringraum anschließend noch von trocknender Luft durchströmt.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum chemischen Bearbeiten von Bohrungen, bei dem zumindest ein Bereich der Wandung der Bohrung während eines vorgebbaren Zeitintervalls mit einem chemischen Arbeitsmedium beaufschlagt und anschließend gespült wird,

    – bei welchem Verfahren in die Bohrung ein Rohrteil mit einem dem Rohrteil in Einbringrichtung vorgeordneten Dichtkopf eingeführt wird,

    – die Bohrung im Bereich des zwischen der Wandung der Bohrung und des Dichtkopfes abgedichtet wird,

    – die Bohrung in Schwerkraftrichtung unterhalb des Dichtkopfes zusätzlich abgedichtet wird, so dass zwischen den beiden Abdichtungen und dem Rohrteil ein geschlossener Ringraum gebildet wird,

    – aus wenigstens einer im Rohrteil angeordneten Durchflussöffnung ein Arbeitsmedium ausgeströmt und auf die Wandung der Bohrung im Bereich des Ringraumes geleitet wird,

    – das Arbeitsmedium entlang der Wandung nach unten abgeleitet wird,

    – das Arbeitsmedium im Bereich der unten angeordneten Abdichtung aufgefangen und aus dem Ringraum abgeleitet wird,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Beaufschlagung der Wandung (1) der Bohrung (2) im Bereich des Ringraumes (3) durch das aus einer Durchflussöffnung (4) austretende Arbeitsmedium (5) zwischen beiden Abdichtungen erfolgt, wobei zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten unterschiedliche axiale und/oder radiale Bereiche der Bohrung (2) mit dem Arbeitsmedium (5) beaufschlagt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnungen (4) zwischen den beiden Abdichtungen hin- und herbewegt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnungen (4) zwischen den beiden Abdichtungen periodisch hin- und herbewegt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrteil (6) und eine starr mit ihm verbundene Durchflussöffnung (4) zwischen den beiden Abdichtungen hin- und herbewegt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrteil (6), eine starr mit ihm verbundene Durchflussöffnung (4) sowie der starr damit verbundene Dichtkopf (7) zwischen den beiden Abdichtungen hin- und herbewegt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (2) an ihrem unteren Ende abgedichtet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung an ihrer unteren Stirnseite abgedichtet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während der Bearbeitung die Temperatur und/oder der Leitwert Arbeitsmediums ermittelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während des Spülens die Temperatur und/oder der Leitwert des Spülmittels ermittelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und/oder die Temperatur und/oder das Durchflussvolumen des Arbeitsmediums beim Zuströmen in die Bohrung ermittelt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und/oder die Temperatur und/oder das Durchflussvolumen des Spülmittels beim Zuströmen in die Bohrung (2) ermittelt wird.
  12. Vorrichtung zum chemischen Bearbeiten von Bohrungen, wobei zumindest ein Bereich der Wandung der Bohrung während eines vorgebbaren Zeitintervall mit einem chemischen Arbeitsmedium beaufschlagt und anschließend gespült wird,

    – mit einem in die Bohrung einbringbaren Rohrteil,

    – welchem in Einbringrichtung ein Dichtkopf vorgeordnet ist, wobei der Dichtkopf dichtend an die Wandung der Bohrung anlegbar ist,

    – ferner mit wenigstens einer in dem Rohrteil angeordneten Durchtrittsöffung für das Arbeitsmedium,

    – wobei die Durchflussöffnung mit einer Zuleitung für das Arbeitsmedium verbunden ist,

    – ferner mit einer im Bereich der – schwerkraftseitig – unteren Stirnseite der Bohrung dichtend anlegbaren Basisplatte,

    – die wenigstens eine mit einer Abflussleitung verbundene Abflussöffnung aufweist,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass das Rohrteil (6) in der Basisplatte (8) in Axialrichtung (9) der Bohrung (2) gesehen beweglich und dichtend gehaltert bzw. geführt ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrteil (6) um eine Zugstange (10) herum angeordnet ist und dass das Rohrteil (6) und die Zugstange (10) in Axialrichtung (9) der Bohrung (2) betrachtet relativ zueinander beweglich sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrteil (6) und der Dichtkopf (7) starr miteinander verbunden sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (8) im Bereich unterhalb der Bohrung (2) einen Topf (11) aufweist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflussöffnung in der Basisplatte (8) angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflussöffnung in dem Topf (11) angeordnet ist.
  18. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zum Ätzen von Bohrungen.
  19. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zum ätzenden Freilegen von Primärkristallen auf der Oberfläche einer Zylinderlaufbahn.
  20. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zum Ätzen einer späteren Zylinderlauffläche einer Zylinderlaufbuchse.
  21. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zum Ätzen einer gegossenen oder gespritzten Zylinderlaufbahn.
  22. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zur Vorbereitung einer anschließend zu spritzenden Zylinderlaufbahn.
  23. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zum Ätzen von Bohrungen.
  24. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zum ätzenden Freilegen von Primärkristallen auf der Oberfläche einer Zylinderlaufbahn.
  25. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zum Ätzen einer späteren Zylinderlauffläche einer Zylinderlaufbuchse.
  26. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zum Ätzen einer gegossenen oder gespritzten Zylinderlaufbahn.
  27. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zur Vorbereitung einer anschließend zu spritzenden Zylinderlaufbahn.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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