Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bauteils durch Strömungsschleifen, umfassend folgende Schritte:

(a) Bereitstellen eines Rohlings,

(b) Überströmen mindestens einer Oberfläche des Rohlings mit einem Schleifpartikel ent haltenden fließfähigen Trägermaterial,

Strömungsschleifverfahren sind Bearbeitungsverfahren, bei denen eine zu bearbeitende Oberfläche von einem Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterial, insbeson dere einer Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit überströmt wird. Die in dem fließfähigen Trägermaterial enthaltenen Schleifpartikel treffen während des Überströmens auf die Ober fläche des zu bearbeitenden Bauteils, wodurch die entsprechende Oberfläche erosiv abge schliffen wird, indem die Schleifpartikel beim Aufprall Material vom Bauteil abtragen. Ab hängig von der Geometrie, insbesondere der Form und Größenverteilung der Schleifpartikel, ist dabei eine sehr feine Bearbeitung der Oberflächen und insbesondere auch eine Behand lung sehr feiner Strukturen möglich. Wenn das fließfähige Trägermaterial eine Flüssigkeit ist, wird das Strömungsschleifverfahren auch hydroerosives Verfahren oder hydroerosives Schleifverfahren genannt. Strömungsschleifverfahren können zum Beispiel zur Behandlung der Oberflächen von 3D-gedruckten Bauteilen aus Metall, Keramik und/oder Kunststoff ein gesetzt werden, die eine Oberflächenrauheit zwischen 50 und 500 pm aufweisen. Diese Oberflächenrauheiten bewirken unerwünschte Effekte beim Einsatz der entsprechenden Bauteile, beispielsweise Fouling oder erhöhter Druckverlust. Um die exakte Geometrie in nerhalb der Fehlertoleranzen nach dem Schleifverfahren einhalten zu können, muss gege benenfalls die Geometrie des Bauteils bereits beim Herstellverfahren, insbesondere bei der Herstellung durch ein 3D-Druckverfahren modifiziert werden und das Schleifverfahren muss präzise und kontrolliert eingestellt werden können.

Aus WO 2014/000954 Al ist es zum Beispiel bekannt, durch ein hydroerosives Verfahren Bohrungen an Einspritzdüsen in Einspritzventilen für Verbrennungskraftmaschinen zu ver- runden, um auf diese Weise an den sehr kleinen Bohrungen, durch die der Kraftstoff mit ho hem Druck in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, scharfkantige Übergänge abzuschleifen. Für das Verfahren strömt eine Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit durch die Einspritzdüse. Für eine gleichmäßige Durchströmung der Bohrung in der Einspritzdüse und damit eine gleichmäßige Verrundung der Kanten, wird ein Hohlkörper in das Einspritz ventil eingeführt und die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit wird durch den im Hohlkör per gebildeten inneren Strömungskanal und einen zwischen dem Hohlkörper und der I nnen wandung des Einspritzventils gebildeten äußeren Strömungskanal geleitet. Hierbei ist es für ein gleichmäßiges Ergebnis möglich, unterschiedliche Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeiten einzusetzen, die den inneren und den äußeren Strömungskanal durchströmen, und/oder die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit mit unterschiedlichen Strömungsge schwindigkeiten oder Drücken durch den inneren und den äußeren Strömungskanal zu füh ren.

Eine mathematische Simulation des hydroerosiven Schleifens ist zum Beispiel in P.A. Riz- kalla, Development of a Plydroerosion Model using a Semi-Empirical Method Coupled with an Euler-Euler Approach, Dissertation, Royal Melbourne Institute of Technology, Universität Melbourne, November 2007, Seiten 36 bis 44 beschrieben.

Nachteil der bekannten Verfahren ist, dass bei nicht planaren zu bearbeitenden Oberflächen eine Strömungsablösung auftreten kann, die Kavitation und damit unerwünschten Material abtrag zur Folge hat und damit zu Schäden an der zu bearbeitenden Oberfläche führen kann und eine mathematischen Simulation des Schleifens aufwendig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die zu bearbeitenden Oberflächen des Bauteils nicht geschädigt werden und das gegenüber den mathematischen Simulationen weniger aufwendig ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Bauteils durch Strömungsschleifen, umfassend folgende Schritte:

(a) Bereitstellen eines Rohlings,

(b) Überströmen mindestens einer Oberfläche des Rohlings mit einem Schleifpartikel ent haltenden fließfähigen Trägermaterial, wobei der Rohling an Positionen, an denen sich beim Überströmen die Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials ändert, abgerundet ist und an

Positionen, an denen am fertig bearbeiteten Bauteil ein Strömungsabriss erfolgt, zusätzli ches Material so angebracht ist, dass zu Beginn des Überströmens ein Strömungsabriss verhindert wird.

Durch das Abrunden des Rohlings an Positionen, an denen sich beim Überströmen die Strö mungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials ändert, und das Anbringen zusätzlichen Materials an Positionen, an denen am fertig bearbeiteten Bauteil ein Strömungsabriss erfolgt, wird verhindert, dass durch das Bearbeiten der Ober fläche mit dem die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterial unkontrolliert Material durch Kavitation aufgrund des Strömungsabrisses und damit verbundene Rück strömungen abgetragen wird und dadurch das Bauteil geschädigt wird.

Das fließfähige Trägermaterial, das die Schleifpartikel enthält, ist beispielsweise Wasser, Öl oder ein hochviskoses Fett, das heißt ein Fett mit einer Viskosität bei Bearbeitungstemperatur im Bereich von 100 bis 1000000 Pa*s, insbesondere mit einer Vis kosität im Bereich von 1000 bis 200000 Pa*s. Besonders bevorzugt ist das fließfähige Trä germaterial Öl, insbesondere ein Hydrauliköl. Der Anteil der Schleifpartikel in dem fließfähi gen Trägermaterial liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 80 Vol.-%, insbesondere im Be reich von 2 bis 60 Vol.-%. Wenn eine Flüssigkeit als fließfähiges Trägermaterial eingesetzt wird, beispielsweise Wasser oder Öl, liegt der Anteil der Schleifpartikel vorzugsweise im Be reich von 1 bis 50 Vol.-%, mehr bevorzugt im Bereich von 1 bis 20 Vol.-% und insbesondere im Bereich von 1 bis 5 Vol.-% und bei Einsatz eines hochviskosen Fetts als fließfähiges Trä germaterial liegt der Anteil der Schleifpartikel vorzugsweise im Bereich von 20 bis 80 Vol.-% und insbesondere im Bereich von 40 bis 60 Vol.-%.

Das für die Schleifpartikel eingesetzte Material ist abhängig vom Material des zu bearbei tenden Bauteils. Wenn das Bauteil aus einem Metall oder einer Keramik ist, werden vor zugsweise Schleifpartikel aus Borcarbid oder Diamant eingesetzt. Bei einem Bauteil aus ei nem Kunststoff eignen sich insbesondere Schleifpartikel aus Borcarbid, Diamant, Sand oder Silizium. Auch die Form und die Größe der Schleifpartikel ist abhängig vom zu bearbeiten den Material des Bauteils und von der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit, insbeson dere der gewünschten Oberflächenrauheit sowie der Größe der zu bearbeitenden Struktur. Geeignete Partikelformen für die Schleifpartikel sind insbesondere scharfkantige Partikel, zum Beispiel gebrochene Partikel. Geeignete Schleifpartikel weisen vorzugsweise eine Grö ßenverteilung von 1 bis 1000 pm und insbesondere eine Größenverteilung von 1 bis 10 pm bei Verwendung von Öl und 10 pm bis 1000 pm bei Verwendung von Fett auf.

Zur Bearbeitung durch das Strömungsschleifen wird als erstes das Bauteil in einen Kanal eingebracht, durch den das die Schleifpartikel enthaltende fließfähige Trägermaterial strömt. Wenn äußere Oberflächen des Bauteils bearbeitet werden sollen, wird das Bauteil so in den Kanal eingebracht, dass das die Schleifpartikel enthaltende fließfähige Trägerma terial die Oberflächen überströmen kann. Bei einer Bearbeitung von inneren Oberflächen, beispielsweise von Bohrungen, wird das Bauteil so an den Kanal angeschlossen, dass das die Schleifpartikel enthaltende fließfähige Trägermaterial durch die zu bearbeitenden Öff nungen, beispielsweise Bohrungen, strömt, jedoch nicht in Kontakt kommt mit Oberflächen, die nicht bearbeitet werden sollen. Für das Schleifen von Bohrungen können zum Beispiel geeignete Anschlüsse am Bauteil vorgesehen sein, über die das die Schleifpartikel enthal tende fließfähige Trägermaterial zugeführt wird und wieder aus dem Bauteil strömt.

Um an den Positionen, an denen sich beim Überströmen die Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials ändert, einen Strömungsabriss und damit einen unerwünschten Materialabtrag durch Kavitation zu verhindern, ist der Roh ling an den Positionen, an denen sich beim Überströmen die Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials ändert, mit einem Radius abge rundet, der dem 0,1 bis 2,5 fachen des mittleren Abstandes zwischen der überströmten Oberfläche und der gegenüberliegenden Wandung des von dem die Schleifpartikel enthal tenden fließfähigen Trägermaterial durchströmten Kanals entspricht. Bevorzugt ist der Roh ling an den Positionen, an denen sich beim Überströmen die Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials ändert, mit einem Radius abge rundet, der dem 0,25 bis 1,5 fachen und insbesondere dem 0,5 fachen des mittleren Abstan des zwischen der überströmten Oberfläche und der gegenüberliegenden Wandung des von dem die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterial durchströmten Kanals ent spricht.

Der mittlere Abstand kann dabei zum Beispiel numerisch ermittelt werden. Vorzugsweise ist der mittlere Abstand jedoch der Mittelwert aus dem minimalen Abstand zwischen der über strömen Oberfläche und der gegenüberliegenden Wandung und dem maximalen Abstand zwischen überströmen Oberfläche und der gegenüberliegenden Wandung. Der minimale Ab stand und der maximale Abstand können dabei sowohl beide vor der Änderung der Strö mungsrichtung oder beide nach der Änderung der Strömungsrichtung liegen oder eine der beiden Abstände liegt vor der Änderung der Strömungsrichtung und der andere der beiden Abstände liegt hinter der Strömungsrichtung. I nsbesondere bei einem durchströmten Kanal, der eine Richtungsänderung aufweist, ist es zum Beispiel möglich, dass der Kanal einen ersten hydraulischen Durchmesser vor der Richtungsänderung und einen zweiten hydrauli schen Durchmesser nach der Richtungsänderung aufweist. Hierbei kann der erste hydrauli sche Durchmesser kleiner als der zweite hydraulische Durchmesser sein oder der erste hydraulische Durchmesser ist größer als der zweite hydraulische Durchmesser.

Der hydraulische Durchmesser berechnet sich dabei zu: wobei D _h der hydraulische Durchmesser, U der Umfang und A die Querschnittsfläche des durchströmten Kanals sind.

Eine Änderung der Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trä germaterials ergibt sich zum Beispiel dann, wenn ein Kanal, in den der Rohling eingebracht ist, und der von dem die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterial durch strömt wird, um die äußeren Oberflächen des Rohlings zu bearbeiten, eine Krümmung oder einen Knick aufweist und der zu bearbeitende Rohling im Bereich der Krümmung oder des Knicks positioniert ist. Weiterhin ergibt sich eine Änderung der Strömungsrichtung auch dann, wenn der Rohling einen Kanal enthält und dieser Kanal eine Krümmung oder einen Knick aufweist und die den Kanal begrenzenden Wandungen durch das Strömungsschleif verfahren bearbeitet werden sollen. In diesem Fall wird der Kanal im Rohling von dem die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterial durchströmt.

Wenn äußere Oberflächen des Rohlings durch das Strömungsschleifverfahren bearbeitet werden sollen, wird der Rohling üblicherweise in einem gerade verlaufenden Kanal ohne Knick oder Krümmung und ohne Einschnürung oder Erweiterung positioniert. Um in diesem Fall zu verhindern, dass durch Kavitation aufgrund von Strömungsabriss unkontrolliert Ma terial abgetragen wird, wird an Positionen, an denen am fertig bearbeiteten Bauteil ein Strö mungsabriss auftritt, zusätzliches Material angebracht. Bei einem Bauteil mit einer angeströmten rotationssymmetrischen Projektionsfläche weist das zusätzliche Material auf der der Strömung zugewandten Seite eine in Strömungsrichtung zu einer zentralen Achse des Kanals, in dem das die Schleifpartikel enthaltende fließfähige Trägermaterial strömt, geneigte und konkav verlaufende Oberfläche auf.

„Auf der der Strömung zugewandten Seite“ bedeutet in diesem Zusammenhang die Seite, über die das die Schleifpartikel enthaltende fließfähige Trägermaterial strömt.

Ein Bauteil mit einer angeströmten rotationssymmetrischen Projektionsfläche ist zum Bei spiel eine Kugel. Auch jedes andere Bauteil, das in Strömungsrichtung des die Schleifparti kel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials eine kreisförmige Ansicht zeigt, hat eine an geströmte rotationssymmetrische Projektionsfläche. Ein solches Bauteil kann zum Beispiel auch eine Tropfenform aufweisen, wobei das Bauteil in diesem Fall am halbkugelförmigen Ende des Tropfens angeströmt wird.

Um einen Strömungsabriss zu verhindern, weist die geneigte und konkav verlaufende Ober fläche des zusätzlich aufgebrachten Materials eine Krümmung mit einem Radius im Bereich des 1 bis 5 fachen des Durchmessers der rotationssymmetrischen Projektionsfläche auf. Weiter bevorzugt weist die geneigte und konkav verlaufende Oberfläche des zusätzlich auf gebrachten Materials eine Krümmung mit einem Radius im Bereich des 1,5 bis 3 fachen des Durchmessers der rotationssymmetrischen Projektionsfläche, beispielsweise eine Krüm mung mit einem Radius, der dem doppelten des Durchmessers der rotationssymmetrischen Projektionsfläche entspricht.

Wenn die angeströmte Projektionsfläche nicht rotationssymmetrisch ist weist das zusätzli che Material, das an Positionen angebracht ist, an denen am fertig bearbeiteten Bauteil ein Strömungsabriss erfolgt, auf der der Strömung zugewandten Seite eine in Strömungsrich tung zu einer zentralen, parallel zur Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials verlaufenden Ebene geneigte und konkav verlaufende Oberflä che auf. Auch in diesem Fall wird durch die zu der zentralen, parallel zur Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials verlaufende Ebene ge neigte und konkave Oberfläche verhindert, dass ein Strömungsabriss erfolgt, der zu Kavita tion und damit unkontrolliertem Materialabtrag führt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zu der zentralen, parallel zur Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials verlaufenden Ebene geneigte und konkav verlaufende Oberfläche des zusätzlichen Materials eine Krümmung mit einem Radius im Bereich des 2 bis 10 fachen des maximalen senkrechten Abstandes von der zent ralen, parallel zur Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trä germaterials verlaufenden Ebene zum Rand der nicht rotationssymmetrischen Projektions fläche aufweist. Besonders bevorzugt weist die Krümmung der geneigten und konkav ver laufenden Oberfläche einen Radius im Bereich des 3 bis 6 fachen des maximalen senkrech ten Abstandes von der zentralen, parallel zur Strömungsrichtung des die Schleifpartikel ent haltenden fließfähigen Trägermaterials verlaufenden Ebene zum Rand der nicht rotationssymmetrischen Projektionsfläche auf, beispielsweise einen Radius, der dem vierfa chen des maximalen senkrechten Abstandes von der zentralen, parallel zur Strömungsrich tung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials verlaufenden Ebene zum Rand der nicht rotationssymmetrischen Projektionsfläche entspricht.

„Zentral“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schnittgerade der parallel zur Strö mungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials verlaufen den Ebene mit der nicht rotationssymmetrischen Projektionsfläche in der Mitte der Projekti onsfläche verläuft. Bei einer achssymmetrischen Projektionsfläche bildet die Schnittgerade der parallel zur Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Träger materials verlaufenden Ebene mit der nicht rotationssymmetrischen Projektionsfläche die Symmetrieachse der nicht rotationssymmetrischen Projektionsfläche.

Bauteile mit einer nicht rotationssymmetrischen Projektionsfläche sind zum Beispiel Rohre, Wellen oder Achsen, deren äußere Oberfläche durch das Strömungsschleifverfahren bear beitet werden soll. Die Rohre, Wellen oder Achsen können dabei jede beliebige Quer schnittsform haben, wobei ein runder Querschnitt besonders für die Bearbeitung durch das Strömungsschleifverfahren geeignet ist. Das zu bearbeitende Rohr, die zu bearbeitende Welle oder die zu bearbeitende Achse wird dabei quer zur Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials in den Kanal, durch den das die Schleifpartikel enthaltende fließfähige Trägermaterial geleitet wird, eingelegt, so dass die angeströmte Projektionsfläche des Rohrs, der Welle oder der Achse ein Rechteck ist, des sen Länge der Länge des Rohrs, der Welle oder der Achse entspricht und dessen Höhe dem Durchmesser des Rohrs, der Welle oder der Achse entspricht. Die zentrale, parallel zur Strö mungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials verlau fende Ebene erstreckt sich vorzugsweise parallel zur Länge des Rechtecks und schneidet die Projektionsfläche auf halber Höhe. I n diesem Fall beträgt der Radius der Krümmung der geneigten und konkaven Oberfläche also dem 2 bis 10 fachen des Radius des Rohrs, der Welle oder der Achse.

Nach der Bearbeitung der Oberfläche durch das Strömungsschleifen muss das zusätzlich aufgebrachte Material entfernt werden, um das gewünschte Bauteil zu erhalten. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des die Schleifpartikel enthalten den fließfähigen Trägermaterials zu erhöhen und so gezielt das Material abzuschleifen. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Geschwindigkeit nicht zu stark erhöht wird, um ein unkontrolliertes Abfragen des zusätzlich aufgebrachten Materials zu verhindern.

Wenn nicht die äußere Oberfläche des Rohlings bearbeitet werden soll, sondern ein Kanal innerhalb des Rohlings, ist vorzugsweise bei einer überströmten Oberfläche, die eine Wan dung des Kanals bildet, wobei der Kanal eine Richtungsänderung aufweist, auf der Wan dung des Kanals, die aufgrund der Richtungsänderung des Kanals von dem die Schleifparti kel enthaltenden fließfähigen Trägermaterial angeströmt wird, Material aufgebracht, das in der Mitte eine konvex verlaufende und nach außen hin eine konkav verlaufende Oberfläche aufweist. Das zusätzlich aufgebrachte Material auf der von dem die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterial angeströmten Seite verhindert, dass in die Wandung des Kanals durch das Strömungsschleifen eine Vertiefung eingebracht wird. Die in der Mitte konvex verlaufende und nach außen hin konkav verlaufende Oberfläche unterstützt die Umlenkung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials und verhindert insbeson dere unkontrollierten Materialabtrag durch Kavitation. Das auf die Wandung aufgebrachte Material wird so durch das Strömungsschleifverfahren kontrolliert entfernt, so dass auf ein fache Weise eine Schädigung der Wandung des Kanals verhindert werden kann.

Vorzugsweise weist die konvex verlaufende Oberfläche eine Krümmung mit einem Radius im Bereich des 0,5 bis 5 fachen des hydraulischen Durchmessers des Kanals auf. Beson ders bevorzugt weist die Krümmung einen Radius im Bereich des 0,5 bis 2 fachen des hyd raulischen Durchmessers des Kanals auf, beispielsweise das Einfache des hydraulischen Durchmessers des Kanals. Die maximale Dicke des aufgebrachten Materials entspricht vor zugsweise dem 0,1 bis 0,75 fachen des hydraulischen Durchmessers des Kanals, insbeson dere dem 0,4 bis 0,6 fachen, beispielsweise dem 0,5 fachen.

Die nach außen hin konkav verlaufende Oberfläche des aufgebrachten Materials weist vor zugsweise eine Krümmung mit einem Radius im Bereich des 0,5 bis 5 fachen des hydrauli schen Durchmessers des Kanals auf. Besonders bevorzugt weist die nach außen hin konkav verlaufende Oberfläche eine Krümmung mit einem Radius im Bereich des 1 bis 3 fachen, beispielsweise des doppelten, des hydraulischen Durchmessers des Kanals auf.

Wenn der Kanal vor der Richtungsänderung einen anderen hydraulischen Durchmesser auf weist als nach der Richtungsänderung, ist der hydraulische Durchmesser auf den sich der Radius der konkaven Krümmung des aufgebrachten Materials und der Radius der konvexen Krümmung des aufgebrachten Materials beziehen, der hydraulische Durchmesser des Ka nals nach der Richtungsänderung.

Wenn der Kanal eine Erweiterung aufweist, in der sich der Kanal von einem Bereich mit ei nem ersten hydraulischen Durchmesser auf einen Bereich mit einem zweiten hydraulischen Durchmesser vergrößert, das heißt, dass der zweite hydraulische Durchmesser größer ist als der erste hydraulische Durchmesser, wobei ein Übergangsabschnitt der Wandung des Kanals zwischen dem Bereich mit erstem hydraulischen Durchmesser und dem Bereich mit zweitem hydraulischen Durchmesser einen Winkel zwischen 7° und 90° , insbesondere zwischen 45° und 90° zur Hauptströmungsrichtung aufweist, kann sowohl am Übergangs abschnitt als auch im Bereich mit dem zweiten hydraulischen Durchmesser Kavitation und damit ein unkontrollierter Materialabtrag auftreten, wenn der Kanal in Richtung von dem Bereich mit erstem hydraulischem Durchmesser zum Bereich mit zweitem hydraulischem Durchmesser hin durchströmt wird. Bei einer entgegengesetzten Strömungsrichtung kann entsprechend Kavitation mit damit verbundenem unkontrolliertem Materialabtrag m Über gangbereich und dem sich daran in Strömungsrichtung dann anschließenden Bereich mit erstem hydraulischen Durchmesser auftreten. Um diesen unkontrollierten Materialabtrag zu verhindern, ist es bevorzugt, wenn bei einer überströmten Oberfläche, die eine Wandung eines Kanals bildet, wobei der Kanal eine Er weiterung aufweist, in der der Kanal von einem Bereich mit einem ersten hydraulischen Durchmesser auf einen Bereich mit einem zweiten hydraulischen Durchmesser vergrößert wird, wobei ein Übergangsabschnitt der Wandung des Kanals zwischen dem Bereich mit erstem hydraulischen Durchmesser und dem Bereich mit zweitem hydraulischen Durchmes ser einen Winkel zwischen 7° und 90° , insbesondere zwischen 45° und 90° zur Haupt strömungsrichtung aufweist, wobei die überströmte Oberfläche beim Übergang vom Bereich mit erstem hydraulischem Durchmesser zum Übergangsabschnitt konvex verläuft und beim Übergang vom Übergangsabschnitt zum Bereich mit dem zweiten hydraulischen Durchmes ser konkav verläuft. Der Übergang vom Übergangsabschnitt zum Bereich mit dem zweiten hydraulischen Durchmesser kann jedoch auch einen Winkel aufweisen.

Durch den konvexen Verlauf beim Übergang vom Bereich mit erstem hydraulischem Durch messer zum Übergangsabschnitt wird ein Strömungsabriss am Übergang vom Bereich mit erstem hydraulischem Durchmesser zum Übergangsabschnitt verhindert oder zumindest stark reduziert, so dass ein unkontrollierter Materialabtrag aufgrund der damit verbundenen Kavitation verhindert oder eingeschränkt werden kann.

Vorzugsweise weist die beim Übergang vom Bereich mit erstem hydraulischem Durchmes ser zum Übergangsabschnitt konvex verlaufende Oberfläche eine Krümmung mit einem Ra dius im Bereich des 0,05 bis 2,5 fachen des hydraulischen Durchmessers des Kanals vor der Erweiterung auf. Bevorzugt weist die beim Übergang vom Bereich mit erstem hydraulischem Durchmesser zum Übergangsabschnitt konvex verlaufende Oberfläche eine Krümmung mit einem Radius im Bereich des 0,25 bis 1 fachen, beispielsweise des 0,375 fachen, des hyd raulischen Durchmessers des Kanals vor der Erweiterung auf.

Die beim Übergang vom Übergangsabschnitt zum Bereich mit dem zweiten hydraulischen Durchmesser konkav verlaufende Oberfläche weist vorzugsweise eine Krümmung mit einem Radius im Bereich des 0,05 bis 2,5 fachen des hydraulischen Durchmessers des Kanals vor der Erweiterung auf. Besonders bevorzugt weist die Krümmung der beim Übergang vom Übergangsabschnitt zum Bereich mit dem zweiten hydraulischen Durchmesser konkav ver laufenden Oberfläche einen Radius im Bereich des 0,25 bis 1 fachen, beispielsweise des 0,375 fachen, des hydraulischen Durchmessers des Kanals vor der Erweiterung auf.

Der Rohling, der durch das Strömungsschleifverfahren bearbeitet wird, kann durch verschie- dene Herstellerverfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann der Rohling durch ein Gießver- fahren hergestellt werden. Auch ist es möglich, den Rohling durch ein spanendes Verfahren hergestellt werden. Besonders bevorzugt wird der Rohling jedoch durch ein additives Herstel- lungsverfahren, beispielsweise 3D-Druck hergestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nach folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Rohling mit kreisförmigem Querschnitt und daran angebrachtem Material, um einen Strömungsabriss zu verhindern,

Figur 2 einen durchströmten Kanal, dessen Wandungen durch Strömungsschleifen bear beitet werden und der eine Richtungsänderung aufweist,

Figur 3 einen durchströmten Kanal mit Erweiterung.

Figur 1 zeigt einen Rohling mit kreisförmigem Querschnitt und daran angebrachtem Mate rial, um einen Strömungsabriss zu verhindern.

Ein Rohling 1 mit einer Oberfläche 3, die durch Strömungsschleifen bearbeitet werden soll, wird hierzu in einen geeigneten Kanal eingebracht, der von einem Schleifpartikel enthalten den fließfähigen Trägermaterial durchströmt wird. Um einen Strömungsabriss zu verhin dern, ist an dem Rohling 1 auf der der Strömung abgewandten Seite zusätzliches Material 5 angebracht. Das zusätzliche Material 5 weist auf der der Strömung zugewandten Seite 7 eine in Strömungsrichtung zu einer zentralen Ebene 9, die parallel zur Strömungsrichtung 25 des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials verläuft, geneigte und konkav verlaufende Oberfläche 11 auf.

Der in Figur 1 dargestellte Rohling 1 hat einen kreisförmigen Querschnitt wie beispielsweise ein Zylinder oder eine Kugel. Wenn der Rohling 1 ein Zylinder ist, hat dieser eine ange strömte nicht rotationssymmetrische Projektionsfläche, nämlich eine rechteckige Projekti onsfläche. Die zentrale Ebene 9, die parallel zur Strömungsrichtung 25 des Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials verläuft, bildet mit der rechteckigen Projektions fläche eine Schnittgerade, die in der Mitte der Projektionsfläche verläuft, so dass der Ab stand von der Schnittgerade zum Rand der Projektionsfläche dem Radius des Zylinders ent spricht.

Wenn der Rohling kein Zylinder sondern eine Kugel ist, hat dieser eine rotationssymmetri sche Projektionsfläche, wobei in diesem Fall das zusätzliche Material auf der Strömung zu gewandten Seite eine in Strömungsrichtung 25 zu einer zentralen Achse geneigt und konkav verlaufende Oberfläche aufweist. Die zentrale Achse verläuft dabei entsprechend der zent ralen Ebene 9 durch den Mittelpunkt der Kugel parallel zur Strömungsrichtung 25 des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterials.

Bei einem zylinderförmigen Rohling 1 weist die die zur zentralen Ebene 9 geneigte und kon kav verlaufende Oberfläche 11 vorzugsweise eine Krümmung mit einem Radius 13 auf, der dem 2 bis 10 fachen des maximalen senkrechten Abstandes von der zentralen Ebene 9 zum Rand der nicht rotationssymmetrischen Projektionsfläche entspricht, das heißt, der dem 2 bis 10 fachen des Radius 15 des zylinderförmigen Rohlings 1 entspricht. Entsprechend weist die zur zentralen Achse geneigte und konkav verlaufende Oberfläche bei einem kugelförmi gen Rohling 1 eine Krümmung mit einem Radius 13 auf, der dem 1 bis 5 fachen des Durch messers des kugelförmigen Rohlings 1, das heißt dem 2 bis 10 fachen des Radius des ku gelförmigen Rohlings 1, entspricht.

Besonders bevorzugt beträgt der Radius 13 der Krümmung der geneigt und konkav verlau fenden Oberfläche 11 das 3 bis 6 fache des maximalen senkrechten Abstandes von der zentralen Ebene 9 zum Rand der nicht rotationssymmetrischen Projektionsfläche bezie hungsweise des Radius 15 der rotationssymmetrischen Projektionsfläche, beispielsweise, wie in Figur 1 dargestellt, das 4 fache des Radius 15 der rotationssymmetrischen Projekti onsfläche oder des Zylinders beziehungsweise das doppelte des Radius 15 der rotations symmetrischen Projektionsfläche oder des Zylinders.

Bevorzugt ist die geneigt und konkav verlaufende Oberfläche des zusätzlich aufgebrachten Materials so geneigt, dass die zentrale Ebene 9 bei einem Rohling 1 mit nicht rotationssym metrischer Projektionsfläche in Strömungsrichtung 25 oder die zentralen Achse bei einem Rohling 1 mit rotationssymmetrischer Projektionsfläche in Strömungsrichtung eine Tan gente der geneigte und konkav verlaufende Oberfläche 11 ist.

Bei einem Rohling 1, bei dem die zentrale Ebene 9 eine Symmetrieebene ist, ist auch das zusätzliche Material 5 symmetrisch zur zentralen Ebene 9 angebracht, so dass das zusätzli che Material 5 auf beiden Seiten der zentralen Ebene 9 eine geneigte und konkav verlau fende Oberfläche 11 aufweist, die tangential zur zentralen Ebene 9 endet. Bei einem Rohling 1 mit einer in Strömungsrichtung rotationssymmetrischen Projektionsfläche ist das zusätzli che Material 5 vorzugsweise ebenfalls rotationssymmetrisch am Rohling 1 angebracht. Bei einer nicht rotationssymmetrischen Projektionsfläche, die in Strömungsrichtung 25 auch nicht zur Schnittgeraden mit der zentralen Ebene 9 achssymmetrisch ist, ist das zusätzliche Material vorzugsweise so aufgebracht, dass der Radius der Krümmung auf beiden Seiten der zentralen Ebene 9 unterschiedlich ist, so dass die zentrale Ebene 9 auf beiden Seiten an der gleichen Position in Strömungsrichtung des die Schleifpartikel enthaltenden fließfähi gen Trägermaterials eine Tangente zur geneigt und gekrümmt verlaufenden Oberfläche bil det.

Figur 2 zeigt einen durchströmten Kanal, dessen Wandungen durch Strömungsschleifen be arbeitet werden und der eine Richtungsänderung aufweist

Der in Figur 2 dargestellte Kanal 17 weist einen ersten Abschnitt mit einem ersten hydrauli schen Durchmesser 19 und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten hydraulischen Durchmesser 21 auf. Der zweite Abschnitt schließt sich nach einer Richtungsänderung an den ersten Abschnitt an.

Auf der Wandung 23 des Kanals 17, die aufgrund der Richtungsänderung des Kanals von dem die Schleifpartikel enthaltenden fließfähigen Trägermaterial, dessen Strömungsrich tung mit einem Pfeil 25 gekennzeichnet ist, angeströmt wird, ist zusätzliches Material 5 aufgebracht, das in der Mitte eine konvex verlaufende Oberfläche 27 und nach außen hin eine konkav verlaufende Oberfläche 29 aufweist.

Die konvex verlaufende Oberfläche 27 weist vorzugsweise eine Krümmung mit einem Ra dius 31 auf, der im Bereich des 0,5 bis 5 fachen des hydraulischen Durchmessers liegt. Be sonders bevorzugt beträgt der Radius 31 der Krümmung der konvex verlaufenden Oberflä che 27 das 0,5 bis 2 fache des hydraulischen Durchmessers des Kanals 17. Wenn der Kanal 17 wie hier dargestellt, vor der Richtungsänderung einen ersten hydraulischen Durchmesser 19 aufweist und nach der Richtungsänderung einen zweiten hydraulischen Durchmesser 21, ist der hydraulische Durchmesser, auf den sich die Größe des Radius 31 bezieht, der zweite hydraulische Durchmesser 21. Besonders bevorzugt beträgt der Radius 31 der Krümmung der konvex verlaufenden Oberfläche das Einfache des zweiten hydraulischen Durchmessers 21, wie hier dargestellt.

Die konkav verlaufende Oberfläche 29 weist vorzugsweise eine Krümmung mit einem Ra dius 33 im Bereich des 0,5 bis 5 fachen des hydraulischen Durchmessers des Kanals 17 auf. Besonders bevorzugt beträgt der Radius 33 das 1 bis 3 fache des hydraulischen Durchmes sers des Kanals 17. Wie auch für den Radius 31 der Krümmung der konvex verlaufenden Oberfläche 27 ist der hydraulische Durchmesser, auf den sich der Radius 33 der Krümmung der konkav verlaufenden Oberfläche 29 bezieht, der zweite hydraulische Durchmesser 21. Insbesondere beträgt der Radius 33 der Krümmung der konvex verlaufenden Oberfläche 27 dem doppelten des 2. hydraulischen Durchmessers 21, wie hier dargestellt.

Die Dicke des aufgebrachten zusätzlichen Materials 5 weist eine maximale Dicke auf, die dem 0,2 bis 0,75 fachen des hydraulischen Durchmessers des Kanals 17 entspricht. Beson ders bevorzugt entspricht die Dicke des aufgebrachten zusätzlichen Materials 5 dem 0,5 fa chen des hydraulischen Durchmessers des Kanals 17, wobei auch hier der hydraulische Durchmesser, auf den sich die Dicke des aufgebrachten zusätzlichen Materials 5 bezieht, der zweite hydraulische Durchmesser 21 ist.

Auf der der aufgrund der Richtungsänderung des Kanals von dem die Schleifpartikel enthal tenden fließfähigen Trägermaterial angeströmten Wandung gegenüberliegenden Seite, an der sich aufgrund der Richtungsänderung des Kanals 17 ein Strömungsabriss ergeben kann, ist die Wandung 37 abgerundet. Der Radius 39, mit dem die Wandung 37 abgerundet ist, entspricht vorzugsweise dem 0,1 bis 2,5 fachen des hydraulischen Durchmessers des Ka nals 17, wobei der hydraulische Durchmesser des Kanals 17 bei einem Kanal mit einem ers ten hydraulischen Durchmesser 19 vor der Richtungsänderung und einem zweiten hydrauli schen Durchmesser 21 nach der Richtungsänderung der mittlere hydraulische Durchmesser verwendet wird. Hierbei wird der arithmetische Mittelwert verwendet, das heißt der mittlere hydraulische Durchmesser berechnet sich aus der Summe des ersten hydraulischen Durch messers 19 und des zweiten hydraulischen Durchmessers 21 dividiert durch 2. Besonders bevorzugt entspricht der Radius 39 dem 0,25 bis einfachen des mittleren hydraulischen Durchmessers und insbesondere dem 0,5 fachen des mittleren hydraulischen Durchmes sers. Figur 3 zeigt einen durchströmten Kanal mit einer Erweiterung.

Ein durchströmter Kanal 41 mit einer Erweiterung 43 weist einen ersten Bereich 45 mit ei nem ersten hydraulischen Durchmesser 47 und einen zweiten Bereich 49 mit einem zweiten hydraulischen Durchmesser 51 auf. Der zweite hydraulische Durchmesser 51 ist dabei grö ßer als der erste hydraulische Durchmesser 47. An der Erweiterung 43 weist der durch strömte Kanal 41 einen Übergangsabschnitt 53 auf, in dem die Wandung des Kanals 41 ei nen Winkel zwischen 45° und 90° zur Strömungsrichtung 25 aufweist. In der hier darge stellten Ausführungsform weist die Wandung des Kanals 41 Übergangsabschnitt einen Win kel von 90° zur Strömungsrichtung 25 auf.

Um einen Strömungsabriss an der Erweiterung 43 zu verhindern, verläuft die überströmte Oberfläche des Kanals 41 am Übergang vom ersten Bereich 45 zum Übergangsabschnitt 53 konvex.

Die beim Übergang vom ersten Bereich 45 zum Übergangsabschnitt 53 konvex verlaufende Oberfläche 55 weist vorzugsweise eine Krümmung mit einem Radius 57 im Bereich des 0,05 bis 2,5 fachen des hydraulischen Durchmessers des Kanals vor der Erweiterung 43 auf, das heißt des ersten hydraulischen Durchmessers 47 im ersten Bereich 45. Besonders bevor zugt weist die beim Übergang vom ersten Bereich 45 zum Übergangsabschnitt 53 konvex verlaufende Oberfläche 55 eine Krümmung mit einem Radius 57 auf, der dem 0,25 bis 1 fa chen des ersten hydraulischen Durchmessers, beispielsweise, wie hier dargestellt, dem 0,375 fachen des ersten hydraulischen Durchmessers 47 im ersten Bereich 45, entspricht.

Der Übergang vom Übergangsabschnitt 53 zum zweiten Bereich 49 kann einen Winkel auf weisen, beispielsweise bei einer Wandung des Übergangsabschnitts 53, die einen Winkel von 90° zur Strömungsrichtung 25 aufweist, einen rechten Winkel, oder auch wie hier dar gestellt, konkav verlaufen.

Wenn die Oberfläche im Übergang vom Übergangsabschnitt 53 zum 2. Bereich 49 konkav verläuft, weist diese vorzugsweise eine Krümmung mit einem Radius 59 auf, der dem 0,05 bis 2,5 fachen des ersten hydraulischen Durchmessers 47 im ersten Bereich 45, das heißt dem hydraulischen Durchmesser vor der Erweiterung 43, entspricht. Besonders bevorzugt weist die Krümmung beim Übergang vom Übergangsabschnitt 53 einen Radius 59 auf, der dem 0,25 bis 1 fachen des ersten hydraulischen Durchmessers 47 entspricht, beispiels weise, wie hier dargestellt, dem 0,375 fachen des ersten hydraulischen Durchmessers, das heißt dem hydraulischen Durchmesser vor der Erweiterung 43 im ersten Bereich 45.

Durch den konvexen Übergang vom ersten Bereich 45 zum Übergangsabschnitt 53 und den konkaven Übergang vom Übergangsabschnitt 53 zum zweiten Bereich 49 wird ein Strö mungsabriss an der Erweiterung 43 verhindert und zudem das Auftreten einer unerwünsch ten Rückströmung, die zu Kavitation und damit unkontrolliertem Materialabtrag führen kön nen. Bezugszeichenliste

I Rohling

3 Oberfläche

5 zusätzliches Material

7 der Strömung zugewandte Seite

9 zentrale Ebene

II geneigte und konkav verlaufende Oberfläche

13 Radius der geneigt und konkav verlaufenden Oberfläche 11 15 Radius des Rohlings 1

17 Kanal

19 erster hydraulischer Durchmesser

21 zweiter hydraulischer Durchmesser

23 Wandung

25 Strömungsrichtung

27 konvex verlaufende Oberfläche

29 konkav verlaufende Oberfläche

31 Radius der konvex verlaufenden Oberfläche

33 Radius der konkav verlaufenden Oberfläche

35 Dicke des zusätzlichen Materials

37 Wandung

39 Radius

41 durchströmter Kanal

43 Erweiterung

45 erster Bereich

47 erster hydraulischer Durchmesser

49 zweiter Bereich

51 zweiter hydraulischer Durchmesser

53 Übergangsabschnitt

55 konvex verlaufende Oberfläche

57 Radius

59 Radius