| 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
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| IPC-Nebenklasse |
C23F 1/08
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| 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.
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| Beschreibung[de] |
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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.
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| Anspruch[de] |
- 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.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnungen
(4) zwischen den beiden Abdichtungen hin- und herbewegt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnungen
(4) zwischen den beiden Abdichtungen periodisch hin- und herbewegt werden.
- 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.
- 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.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung
(2) an ihrem unteren Ende abgedichtet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung
an ihrer unteren Stirnseite abgedichtet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während
der Bearbeitung die Temperatur und/oder der Leitwert Arbeitsmediums ermittelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während
des Spülens die Temperatur und/oder der Leitwert des Spülmittels ermittelt wird.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrteil
(6) und der Dichtkopf (7) starr miteinander verbunden sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte
(8) im Bereich unterhalb der Bohrung (2) einen Topf (11)
aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflussöffnung
in der Basisplatte (8) angeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflussöffnung
in dem Topf (11) angeordnet ist.
- Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zum Ätzen von Bohrungen.
- Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zum ätzenden Freilegen
von Primärkristallen auf der Oberfläche einer Zylinderlaufbahn.
- Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zum Ätzen einer späteren
Zylinderlauffläche einer Zylinderlaufbuchse.
- Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zum Ätzen einer gegossenen
oder gespritzten Zylinderlaufbahn.
- Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zur Vorbereitung einer
anschließend zu spritzenden Zylinderlaufbahn.
- Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zum Ätzen von Bohrungen.
- Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zum ätzenden Freilegen
von Primärkristallen auf der Oberfläche einer Zylinderlaufbahn.
- Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zum Ätzen einer späteren
Zylinderlauffläche einer Zylinderlaufbuchse.
- Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zum Ätzen einer gegossenen
oder gespritzten Zylinderlaufbahn.
- Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zur Vorbereitung einer
anschließend zu spritzenden Zylinderlaufbahn.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen
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