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Title:
METHOD FOR THE HYDRO-EROSIVE GRINDING OF COMPONENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/228852
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the hydro-erosive grinding of components, in which hydro-erosive grinding a liquid containing grinding particles flows over surfaces of the component (1), in a device having a channel (3), through which the liquid containing grinding particles flows under pressure and in which the component (1) to be ground is held and in which a valve (5) is positioned upstream of the component (1) in the flow direction, by means of which valve the flow of the liquid can be adjusted.

Inventors:
WEICKERT MATHIAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/063055
Publication Date:
December 05, 2019
Filing Date:
May 21, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BASF SE (DE)
International Classes:
B24C3/32
Domestic Patent References:
WO2004004973A12004-01-15
WO2014000954A12014-01-03
WO2014000954A12014-01-03
Foreign References:
EP1787753A12007-05-23
US20030134037A12003-07-17
Other References:
P. A. RIZKALLA: "Development of a Hydroerosion Model using a Semi-Empirical Method Coupled with an Euler-Euler Approach", 1 January 2011 (2011-01-01), pages 1 - 277, XP055522729, Retrieved from the Internet [retrieved on 20181112], DOI: 10.1016/j.powtec.2011.07.013
P.A. RIZKALLA: "Dissertation", November 2007, ROYAL MELBOURNE INSTITUTE OF TECHNOLOGY, UNIVERSITÄT MELBOURNE, article "Development of a Hydroerosion Model using a Semi-Empirical Method Coupled with an Euler- Euler Approach", pages: 36 - 44
P.A. RIZKALLA: "Dissertation", November 2007, ROYAL MELBOURNE INSTITUTE OF TECHNOLOGY, UNIVERSITÄT MELBOURNE, article "Development of a Hydroerosion Model using a Semi-Empirical Method Coupled with an Euler-Euler Approach", pages: 36 - 44
Attorney, Agent or Firm:
BASF IP ASSOCIATION (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur hydroerosiven Bearbeitung von Bauteilen, bei der Oberflächen des Bauteils (1 ) mit einer Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit überströmt werden, in einer Vorrich- tung mit einem Kanal (3), durch den die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit unter Druck strömt und in dem das zu bearbeitende Bauteil (1 ) aufgenommen ist, und in dem in Strömungsrichtung vor dem Bauteil (1 ) ein Ventil (5) positioniert ist, mit dem die Strömung der Flüssigkeit eingestellt werden kann, folgende Schritte umfassend:

(a) Schließen des Ventils (5) vor dem Bauteil (1 ) und Erzeugen eines vorgegebenen Drucks in der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit;

(b) Öffnen des Ventils (5) vor dem Bauteil (1 ) und Einstellen eines ersten Volumen- stroms der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit, der 5 bis 80 % unterhalb des Produkts aus minimaler durchströmter Sollquerschnittsfläche und maximal zulässi- ger Geschwindigkeit an dieser Stelle liegt ohne dass sich der in Schritt (a) erzeugte vorgegebene Druck ändert;

(c) Messen der Druckdifferenz, die sich zwischen einer Position vor dem zu bearbei- tenden Bauteil (1) und einer Position hinter dem zu bearbeitenden Bauteil in der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit einstellt;

(d) Erhöhen des Volumenstroms der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit bis der Volumenstrom dem Produkt aus der minimalen durchströmten Sollquerschnitts- fläche und der maximal zulässigen Geschwindigkeit an dieser Stelle entspricht, so- bald die in Schritt (c) gemessene Druckdifferenz um 5 bis 80 % abgenommen hat.

(e) Schließen des Ventils (5) vor dem Bauteil (1 ) und Beenden der Strömung, sobald der Volumenstrom in Schritt (d) dem Produkt aus der minimalen durchströmten Sollquerschnittsfläche und der maximal zulässigen Geschwindigkeit an dieser Stelle entspricht.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom in Schritt (d) kontinuierlich, stetig und monoton steigend erhöht wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal zulässi- ge Geschwindigkeit an der Stelle der minimalen durchströmten Sollquerschnittsfläche im Bereich von 1 m/s bis 99% der Schallgeschwindigkeit liegt.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die maxi- mal zulässige Geschwindigkeit durch eine Simulationsrechnung ermittelt wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Simulationsrechnung die Form des Bauteils vor dem Schleifprozess modelliert wird.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bau- teil (1 ) bei zu bearbeitenden äußeren Oberflächen im Inneren des Kanals (3) positioniert wird, so dass die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit die äußeren Oberflächen über- strömen kann.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bau- teil (1 ) bei zu bearbeitenden inneren Oberflächen so in den Kanal (3) eingesetzt wird, dass die gesamte die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit durch das Innere des zu be- arbeitenden Bauteils strömt.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Er- fassung von Kavitation ein Schallsensor (19) im Kanal (3) hinter dem Bauteil (1 ) oder am Bauteil (1 ) positioniert ist und bei auftretender Kavitation der Volumenstrom so weit redu- ziert wird, bis keine Kavitation mehr erfasst wird.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die

Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit in einem Vorratsbehälter (21) vorgelegt wird und nach dem Überströmen der zu bearbeitenden Oberflächen des Bauteils (1) wieder in den Vorratsbehälter (21) zurückströmt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifpartikel enthal- tende Flüssigkeit vor dem Einströmen in den Vorratsbehälter (21 ) entspannt wird.

1 1. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Bauteil (1) ein zweites Ventil (1 1) positioniert ist und der Volumenstrom und der Druck in der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit über das erste Ventil (5) und das zweite Ventil (1 1) eingestellt werden.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schließen des Ventils (5) vor dem Bauteil (1 ) in Schritt (e) das zweite Ventil (1 1) hinter dem Bauteil (1 ) geschlossen wird, sobald der Volumenstrom in Schritt (d) dem Produkt aus der minimalen durchströmten Sollquerschnittsfläche und der maximal zulässigen Geschwindigkeit an dieser Stelle entspricht.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit in Schritt (a) mit einem ersten Druck- sensor (9) gemessen wird, der zwischen dem Ventil (5) vor dem Bauteil (1) und einer Pumpe (7), mit der der Druck und die Strömung der Schleifpartikel enthaltenden Flüssig keit erzeugt wird, positioniert ist.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Be- stimmung der Druckdifferenz der Druck mit einem zweiten Drucksensor (15), der zwischen dem Ventil (5) vor dem Bauteil (1 ) und dem Bauteil (1 ) positioniert ist, und ei- nem dritten Drucksensor (17), der hinter dem Bauteil (1 ) positioniert ist, gemessen wird.

Description:
Verfahren zur hydroerosiven Bearbeitung von Bauteilen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydroerosiven Bearbeitung von Bauteilen, bei der Ober- flächen des Bauteils mit einer Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit überströmt werden.

Hydroerosive Schleifverfahren sind Bearbeitungsverfahren, bei denen eine zu bearbeitende Oberfläche von einer Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit überströmt wird. Die in der Flüssigkeit enthaltenen Schleifpartikel treffen während des Überströmens auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Bauteils, wodurch die entsprechende Oberfläche erosiv abgeschliffen wird, indem die Schleifpartikel beim Aufprall Material vom Bauteil abtragen. Abhängig von der Geometrie, insbesondere der Form und Größenverteilung der Schleifpartikel, ist dabei eine sehr feine Bearbeitung der Oberflächen und insbesondere auch eine Behandlung sehr feiner Struk- turen möglich. Hydroerosive Schleifverfahren können zum Beispiel zur Behandlung der Ober- flächen von 3D-gedruckten Bauteilen aus Metall, Keramik und/oder Kunststoff eingesetzt wer- den, die eine Oberflächenrauheit zwischen 50 und 500 pm aufweisen. Diese Oberflächen- rauheiten bewirken unerwünschte Effekte beim Einsatz der entsprechenden Bauteile, bei- spielsweise Fouling oder erhöhter Druckverlust. Um die exakte Geometrie innerhalb der Fehler- toleranzen nach dem Schleifverfahren einhalten zu können, muss gegebenenfalls die Geomet- rie des Bauteils bereits beim Herstellverfahren, insbesondere bei der Herstellung durch ein 3D- Druckverfahren modifiziert werden und das Schleifverfahren muss präzise und kontrolliert ein- gestellt werden können.

Aus WO 2014/000954 A1 ist es zum Beispiel bekannt, durch ein hydroerosives Verfahren Boh- rungen an Einspritzdüsen in Einspritzventilen für Verbrennungskraftmaschinen zu verrunden, um auf diese Weise an den sehr kleinen Bohrungen, durch die der Kraftstoff mit hohem 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 gleich- mäßige Verrundung der Kanten, wird ein Hohlkörper in das Einspritzventil eingeführt und die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit wird durch den im Hohlkörper gebildeten inneren Strö- mungskanal und einen zwischen dem Hohlkörper und der Innenwandung 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 Strömungsgeschwindigkeiten oder Drücken durch den inneren und den äußeren Strömungskanal zu führen.

Eine mathematische Simulation des hydroerosiven Schleifens ist zum Beispiel in P.A. Rizkalla, Development of a Hydroerosion 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 aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass insbesondere bei zu schleifenden Oberflächen, auf denen sich Strömungshindernisse befinden, zum Beispiel in Form eines auf der Oberfläche angebrachten Elements, oder bei Bauteilen, bei denen die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit umgelenkt werden muss, beispielsweise, wenn die zu schleifende Oberfläche eine Bohrung ist, die in einen Kanal mündet, wie dies auch bei den in der WO 2014/000954 A1 beschriebenen Einspritzdüsen der Fall ist, Wirbel und Rückströmun- gen entstehen können, durch die ein ungleichmäßiges Abschleifen erfolgt oder durch manche Stellen unbearbeitet bleiben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur hydroerosiven Bearbeitung von Oberflächen bereitzustellen, bei dem eine kontrollierte Bearbeitung der Oberfläche sicher- gestellt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur hydroerosiven Bearbeitung von Bauteilen, bei der Oberflächen des Bauteils mit einer Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit überströmt werden, in einer Vorrichtung mit einem Kanal, durch den die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit unter Druck strömt und in dem das zu bearbeitende Bauteil aufgenommen ist, und in dem in Strömungsrichtung vor dem Bauteil ein Ventil positioniert ist, mit dem die Strömung der Flüssigkeit eingestellt werden kann, folgende Schritte umfassend:

(a) Schließen des Ventils vor dem Bauteil und Erzeugen eines vorgegebenen Drucks in der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit;

(b) Öffnen des Ventils vor dem Bauteil und Einstellen eines ersten Volumenstroms der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit, der 5 bis 80 % unterhalb des Produkts aus mini- maler durchströmter Sollquerschnittsfläche und maximal zulässiger Geschwindigkeit an dieser Stelle liegt ohne dass sich der in Schritt (a) erzeugte vorgegebene Druck ändert;

(c) Messen der Druckdifferenz, die sich zwischen einer Position vor dem zu bearbeitenden Bauteil und einer Position hinter dem zu bearbeitenden Bauteil in der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit einstellt;

(d) Erhöhen des Volumenstroms der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit bis der Vo- lumenstrom dem Produkt aus der minimalen durchströmten Sollquerschnittsfläche und der maximal zulässigen Geschwindigkeit an dieser Stelle entspricht, sobald die in Schritt (c) gemessene Druckdifferenz um 5 bis 80 % abgenommen hat.

(e) Schließen des Ventils vor dem Bauteil und Beenden der Strömung, sobald der Volumen- strom in Schritt (d) dem Produkt aus der minimalen durchströmten Sollquerschnittsfläche und der maximal zulässigen Geschwindigkeit an dieser Stelle entspricht. Durch die Einstellung des Volumenstrom auf 5 bis 80 % unterhalb des Produkts aus minimaler durchströmter Sollquerschnittsfläche und maximal zulässiger Geschwindigkeit an dieser Stelle liegt ohne dass sich der in Schritt (a) erzeugte vorgegebene Druck ändert in Schritt (b) wird eine gleichmäßige Überströmung der zu bearbeitenden Oberfläche erreicht, und mögliche Rück- strömungen, in denen ein zu starker Abtrag der Oberfläche erfolgt, werden verringert. Eine voll- ständige Vermeidung von Rückströmungen ist nicht möglich, da dies eine so geringe Strö- mungsgeschwindigkeit erfordern würde, dass entweder gar kein Material mehr abgeschliffen wird oder der Schleifprozess so verlangsamt wird, dass ein ökonomischer Betrieb des Schleif- verfahrens nicht mehr möglich ist. Durch das Abschleifen werden scharfkantige Übergänge ab- gerundet, so dass aufgrund der Bearbeitung die die Rückströmung und Wirbel verursachende Störung abgemildert wird, was eine Erhöhung des Volumenstroms und der Strömungsge- schwindigkeit erlaubt. Eine weitere Steigerung des Volumenstroms ergibt sich auch aus der Vergrößerung des durchströmten Querschnitts aufgrund des Schleifprozesses, bei dem Mate- rial abgetragen wird, so dass bereits der vergrößerte Querschnitt eine Erhöhung des Volumen- stroms erfordert, um die Strömungsgeschwindigkeit konstant zu halten.

Zur hydroerosiven Bearbeitung wird als erstes das Bauteil in einen Kanal eingebracht, durch den die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit strömt. Wenn äußere Oberflächen des Bauteils bearbeitet werden sollen, wird das Bauteil so in den Kanal eingebracht, dass die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit die Oberflächen überströmen kann. Bei einer Bearbeitung von inneren Oberflächen, beispielsweise von Bohrungen, wird das Bauteil so an den Kanal angeschlossen, dass die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit durch die zu bearbeitenden Öffnungen, bei- spielsweise Bohrungen strömt, jedoch nicht in Kontakt kommt mit Oberflächen, die nicht bear- beitet werden sollen. Für das Schleifen von Bohrungen können zum Beispiel geeignete An- schlüsse am Bauteil vorgesehen sein, über die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit zuge- führt wird und wieder aus dem Bauteil strömt.

Um Kavitation zu vermeiden, die zu einem unkontrollierten Materialabtrag und damit zur Zerstö- rung des Bauteils führen kann, wird zu Beginn der Druck der Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit erhöht, ohne dass die Flüssigkeit über die zu bearbeitenden Oberflächen strömt. Hierzu wird zunächst ein Ventil in Strömungsrichtung vor dem zu bearbeitenden Bauteil ge- schlossen. Durch das Schließen des Ventils und den Druckaufbau vor dem Beginn der Durch- strömung oder Umströmung mit der Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit durch erneutes Öff- nen des Ventils ist es möglich, die Strömung der Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit gezielt zu steuern. Durch den erhöhten Druck kann Kavitation verhindert werden, da durch den hohen Druck der durch die hohe Geschwindigkeit abnehmende statische Druck in der Flüssigkeit oberhalb des Dampfdrucks der Flüssigkeit gehalten werden kann, so dass keine Dampfblasen entstehen, die mit der Strömung mitgerissen werden und bei Erreichen von Bereichen mit höhe- rem Druck plötzlich kollabieren, wodurch ein lokaler Unterdrück entsteht, der zu einer Schädi- gung der Oberflächen führen kann. Um den Druck der Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit bei geschlossenem Ventil in Schritt (a) zu erhöhen kann zum Beispiel eine Pumpe eingesetzt werden, die sich in Strömungsrich- tung vor dem Ventil befindet. Der Druck, der in der Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit er- zeugt wird, liegt vorzugsweise im Bereich von 1 ,1 bis 500 bar(abs), wobei der Druck abhängig ist vom Material des zu bearbeitenden Bauteils. Wenn eine Oberfläche aus Metall oder Keramik mit dem hydroerosiven Schleifverfahren bearbeitet werden soll, wird vorzugsweise ein Druck eingestellt, der im Bereich von 10 bis 500 bar(abs), mehr bevorzugt 10 bis 200 bar(abs) und insbesondere 50 bis 150 bar(abs), beispielsweise 100 bar(abs) beträgt. Bei einer Oberfläche aus Kunststoff wird vorzugsweise ein Druck im Bereich von 1 ,1 bis 100 bar(abs), mehr bevor- zugt im Bereich von 1 ,5 bis 10 bar(abs) und insbesondere im Bereich von 1 ,5 bis 3 bar(abs) eingestellt. Um den Druck der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit in Schritt (a) zu messen, wird vorzugsweise ein erster Drucksensor eingesetzt, der zwischen dem Ventil vor dem Bauteil und der Pumpe, mit der der Druck und die Strömung der Schleifpartikel enthalten- den Flüssigkeit erzeugt wird, positioniert ist.

Als Pumpe zur Erhöhung des Drucks und Erzeugung der Strömung, sobald das Ventil vor dem Bauteil geöffnet ist, eignet sich jede Pumpe, mit der der Druck in der Schleifpartikel enthalten- den Flüssigkeit erhöht werden kann, ohne dass durch die in der Flüssigkeit enthaltenen Schleif- partikel die Pumpe beschädigt wird. Eine solche Schädigung der Pumpe kann sich zum Beispiel durch die Schleifwirkung der Partikel insbesondere in Bereichen mit Strömungsumlenkung er- geben. Besonders bevorzugt als Pumpe zur Erhöhung des Drucks in der Schleifpartikel enthal- tenden Flüssigkeit sind daher Membranpumpen.

Nach dem Erhöhen des Drucks der Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit wird das Ventil vor dem Bauteil geöffnet und ein erster Volumenstrom der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssig keit, der 5 bis 80 % unterhalb des Produkts aus minimaler durchströmter Sollquerschnittsfläche und maximal zulässiger Geschwindigkeit an dieser Stelle liegt ohne dass sich der in Schritt (a) erzeugte vorgegebene Druck ändert, eingestellt. Bevorzugt liegt der Volumenstrom 10 bis 40 % und insbesondere 15 bis 25 % unterhalb des Produkts aus minimaler durchströmter Sollquer- schnittsfläche und maximal zulässiger Geschwindigkeit an dieser Stelle. Als Sollquerschnitts- fläche wird die Querschnittsfläche bezeichnet, die durch das hydroerosive Schleifverfahren er- zeugt wird und die das fertig bearbeitete Bauteil aufweist, wobei die Querschnittsfläche senk- recht zur Hauptströmungsrichtung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit ausgerichtet ist.

Die maximale Geschwindigkeit der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit beträgt vorzugs- weise 1 m/s bis 99% der Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit, bevorzugt 10 bis 200 m/s und insbesondere 50 bis 150 m/s, beispielsweise 100 m/s. Da bei gleichbleibendem Volumenstrom die Geschwindigkeit der Flüssigkeit mit abnehmender durchströmter Querschnittsfläche zu- nimmt und entsprechend mit zunehmender durchströmter Querschnittsfläche abnimmt, tritt die maximale Geschwindigkeit der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit an der Stelle auf, an der die minimale Querschnittfläche durchströmt wird. Die Geschwindigkeit bezieht sich dabei auf die mittlere Geschwindigkeit der Flüssigkeit über eine Querschnittsfläche, die beispielsweise durch Messung des Volumenstroms und Division durch die Querschnittsfläche ermittelt werden kann.

Sollte bei der eingestellten Geschwindigkeit der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit festgestellt werden, dass Kavitation auftritt, wird der Volumenstrom so weit reduziert, bis keine Kavitation mehr erfasst wird. Um Kavitation zu erfassen wird zum Beispiel ein Schallsensor im Kanal hinter dem Bauteil positioniert. Da durch die bei Kavitation auftretenden zusammenfal- lenden Dampfblasen und dem dadurch entstehenden Unterdrück Schallwellen erzeugt werden, die einen Knall erzeugen, kann die Kavitation auf einfache Weise mit dem Schallsensor erfasst werden. Wenn eine große Anzahl an Blasen entsteht und somit eine entsprechend starke Kavi- tation auftritt, verdichten sich die Knalle der einzelnen Blasen zu einem Knattern.

Aufgrund des hydroerosiven Schleifprozesses, bei dem mit den in der Flüssigkeit enthaltenen Schleifpartikeln Material von der Oberfläche des zu bearbeitenden Bauteils abgetragen wird, verändert sich die Form des Bauteils und vergrößert sich die durchströmte Querschnittsfläche. Dies führt zu einem Absenken des Druckverlusts in der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssig- keit. Dieses Absenken des Druckverlusts wird in Schritt (c) erfasst. Zur Erfassung des Druckver- lusts wird vorzugsweise die Druckdifferenz zwischen dem Druck in Strömungsrichtung der Flüssigkeit vor dem Bauteil und dem Druck in Strömungsrichtung hinter dem Bauteil ermittelt. Hierzu kann der Druck mit einem zweiten Drucksensor, der zwischen dem Ventil vor dem Bau- teil und dem Bauteil positioniert ist, und einem dritten Drucksensor, der hinter dem Bauteil posi- tioniert ist, gemessen werden. Der hinter dem Bauteil gemessene Druck wird dann zur Bildung der Druckdifferenz von dem vor dem Bauteil gemessenen Druck subtrahiert.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich die Ortsangaben„vor“ und„hinter“ immer auf die Strömungsrichtung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit während des Schleif- prozesses.„Vor ...“ bedeutet somit immer„in Strömungsrichtung der Flüssigkeit vor...“ und„hin ter ...“ entsprechend„in Strömungsrichtung der Flüssigkeit hinter ...“

Da mit zunehmender Dauer des hydroerosiven Schleifens scharfkantige umströmte Hindernisse abgeschliffen werden und damit die Gefahr einer Wirbelbildung mit Rückstromgebieten redu- ziert wird, kann im Laufe des Schleifverfahrens der Volumenstrom der Flüssigkeit erhöht wer- den. Zudem führt das Abschleifen von scharfen Kanten und die Zunahme der durchströmten Querschnittsfläche aufgrund des durch das Schleifen abgetragenen Materials zu einer Ände- rung der Strömungsverhältnisse in der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit, durch die die Schleifwirkung verringert wird. Deshalb wird erfindungsgemäß in Schritt (d) der Volumenstrom der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit erhöht, bis der Volumenstrom dem Produkt aus der minimalen durchströmten Sollquerschnittsfläche und der maximal zulässigen Geschwindig- keit an dieser Stelle entspricht, sobald die in Schritt (c) gemessene Druckdifferenz um 5 bis 80 % abgenommen hat. Bevorzugt wird in Schritt (d) der Volumenstrom der die Schleifpartikel ent- haltenden Flüssigkeit erhöht, sobald die in Schritt (c) gemessene Druckdifferenz um 10 bis 30 % und insbesondere um 15 bis 25 %, beispielsweise 20 % abgenommen hat.

Die Erhöhung des Volumenstroms kann dann in einzelnen Schritten erfolgen, wobei jeweils bei einer Absenkung des Druckverlusts der Volumenstrom erhöht wird oder aber der Volumenstrom wird in Schritt (d) kontinuierlich, stetig und monoton steigend erhöht. Eine solche kontinuier- liche, stetige und monoton steigende Erhöhung des Druckverlusts ist dabei bevorzugt, da bei einer Erhöhung des Volumenstroms in einzelnen Schritten Rückstromgebiete und damit Kavita- tion entstehen können.

Die maximal zulässige Geschwindigkeit der die Schleifpartikel enthaltenden Strömung ist die Geschwindigkeit, bei der die Oberfläche in gewünschter Weise abgeschliffen wird und noch kein unerwünschter Materialabtrag, zum Beispiel durch Rückströmungen oder auch durch Kavi- tation auftritt. Die maximal zulässige Geschwindigkeit kann dabei zum Beispiel durch Vorver- suche ermittelt werden. Alternativ und bevorzugt ist es jedoch, die maximal zulässige Ge- schwindigkeit durch eine Simulationsrechnung zu ermitteln.

Die Erhöhung des Volumenstroms wird vorzugsweise so schnell durchgeführt, dass die vorge- sehene Prozesszeit zur Bearbeitung des Bauteils bis zum Erreichen des maximalen Volumen- stroms nicht überschritten wird. Die Prozesszeit wird dabei ebenfalls durch die Vorversuche oder die Simulationsrechnung ermittelt. Zusätzlich kann durch die Vorversuche oder die Simula- tionsrechnung auch eine Kennlinie zwischen Druckverlust und Volumenstrom erstellt werden, die den Verschleiß anzeigt. Anhand der Kennlinie kann dann der Verschleiß in Abhängigkeit von Druckverlust und Volumenstrom abgelesen werden und die für den gewünschten Ver- schleiß erforderlichen Bedingungen können aus der Kennlinie ermittelt werden.

Für die Ermittlung der maximalen Geschwindigkeit eignet sich ebenfalls die nachfolgend für Schritt (ii) beschriebene mathematische Simulation, sofern die maximale Geschwindigkeit durch eine Simulation und nicht durch Vorversuche bestimmt werden soll.

Um ein Fertigteil mit gewünschten Abmessungen zu erhalten, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Geometrie des Bauteils vor dem Schleifprozess ebenfalls in einer Simulationsrechnung mo- delliert wird. Hierdurch ist es möglich, einen Rohling des Bauteils herzustellen, der eine solche Geometrie aufweist, dass das Bauteil nach dem Abtrag von Material durch das hydroerosive Schleifen die gewünschte Geometrie innerhalb von vorgegebenen Toleranzen aufweist. Ein solches für die Bestimmung der Geometrie des Rohlings des Bauteils, der in einem hydroerosi- ven Schleifverfahren zum Fertigteil geformt wird, geeigneten Simulationsverfahren weist zum Beispiel folgende Schritte auf:

(i) Erstellen eines Strukturmodells des herzustellenden Fertigteils, wobei für die erste Durch- führung des nachfolgenden Schrittes (ii) das Strukturmodell des herzustellenden Fertig- teils als Ausgangsmodell eingesetzt wird; (ii) Mathematische Simulation des hydroerosiven Schleifverfahrens, mit der ausgehend von einem Ausgangsmodell ein Zwischenmodell mit einer geänderten Geometrie erzeugt wird;

(iii) Vergleich des in Schritt (ii) erzeugten Zwischenmodells mit dem Strukturmodell des Fertig- teils und Bestimmung des zur Oberfläche des Strukturmodells des Fertigteils orthogona- len Abstandes zwischen dem Strukturmodell des herzustellenden Fertigteils und dem Zwischenmodell an jedem Knoten des Strukturmodells und Vergleich des orthogonalen Abstands mit einem vorgegebenen Grenzwert;

(iv) Erstellen eines veränderten Modells des Bauteils, indem 5 bis 99 % des in Schritt (iii) be- stimmten Abstands mit entgegengesetztem Vorzeichen an jedem Knoten an der Ober- fläche des Modell, das als Ausgangsmodell in Schritt (ii) eingesetzt wird, orthogonal zur Oberfläche addiert werden, und Wiederholen der Schritte (ii) bis (iv), wobei das in Schritt (iv) erstellte veränderte Modell als neues Ausgangsmodell in Schritt (ii) eingesetzt wird, wenn der in Schritt (iii) bestimmte orthogonale Abstand an mindestens einem Knoten grö- ßer ist als der vorgegebene Grenzwert;

(v) Beenden der Simulation, wenn der in Schritt (iii) bestimmte orthogonale Abstand zwischen dem Strukturmodell des Fertigteils und dem Zwischenmodell an jedem Knoten einen vor- gegebenen Grenzwert unterschreitet, wobei das Ausgangsmodell des zuletzt durchge- führten Schrittes (b) der zu bestimmenden Geometrie des Rohlings entspricht.

Durch dieses Verfahren lässt sich innerhalb einer vorgegebenen Toleranz für das Fertigteil die Geometrie bestimmen, die ein Rohling aufweisen muss, damit bei dem durchgeführten hydro- erosiven Schleifverfahren das gewünschte Formteil entsteht.

Zur Erzeugung des Strukturmodells des herzustellenden Fertigteils wird vorzugsweise zunächst mit einem beliebigen computerunterstützten Konstruktionsprogramm (CAD-Programm) ein drei- dimensionales Abbild des gewünschten Fertigteils erzeugt. Bei der Erstellung des dreidimen- sionalen Abbildes des gewünschten Fertigteils ist darauf zu achten, dass dieses exakt maß- stabsgetreu das gewünschte Fertigteil widerspiegelt. Das so erstellte Abbild wird anschließend in das Strukturmodell überführt. Für das Strukturmodell wird ein Gitternetz über das Abbild des Fertigteils gelegt. Hierbei ist darauf zu achten, dass die einzelnen Knoten des Gitternetzes, das heißt die Punkte, an denen sich mindestens zwei Gitterlinien in einem von 180° verschiedenen Winkel berühren, so gewählt werden, dass das Strukturmodell das gewünschte Fertigteil noch in hinreichender Präzision wiedergibt. Besonders an kleinen Strukturen, zum Beispiel kleinen Radien oder Krümmungen muss der Abstand zwischen zwei Knoten hinreichend klein sein, um die Geometrie noch genau zu beschreiben. Da an Stellen des Bauteils, an denen die Strömung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit gestört wird, zum Beispiel an Erhebungen oder Vertiefungen an der Oberfläche, die so veränderte Strömung zu einer veränderten Wirkung der Schleifpartikel auf die Oberfläche führt, ist auch an solchen Stellen der Abstand zwischen den einzelnen Knoten hinreichend klein zu wählen. Der zu wählende Abstand der Knoten ist dabei abhängig von der Größe des zu bearbeitenden Bauteils und den geforderten Maßtoleranzen des Fertigteils. Je größer die Maßtoleranzen sind, umso größer kann der Abstand zwischen zwei Knoten gewählt werden. Mit zunehmendem Abstand von der zu bearbeitenden Oberfläche kann der Abstand zwischen zwei Knoten ebenfalls vergrößert werden. Wenn ein Simulations- programm für die Berechnung in Schritt (ii) genutzt wird, das auch die Erzeugung eines Abbilds des Fertigteils erlaubt, kann selbstverständlich das gleiche Programm zur Erstellung des Ab- bilds und zur Erzeugung des Strukturmodells aus dem Abbild genutzt werden.

Wie ein geeignetes Strukturmodell aufgebaut ist, ist dem Fachmann bekannt, wobei zur Er- stellung des Strukturmodells übliche Simulationsprogramme, die in der Regel auch Module zur Erzeugung des Strukturmodells umfassen, eingesetzt werden können. Abhängig von dem ge- wünschten Berechnungsverfahren in Schritt (ii) können Simulationsprogramme eingesetzt wer- den, die mit finiten Differenzen, finiten Elementen oder finiten Volumen arbeiten. Üblich und bevorzugt ist der Einsatz von Simulationsprogrammen auf Basis finiter Elemente, wie sie zum Beispiel von ANSYS ® angeboten werden.

In Schritt (ii) wird ausgehend von einem Ausgangsmodell das hydroerosive Schleifverfahren mathematisch simuliert, wobei durch die mathematische Simulation ein Zwischenmodell erzeugt wird. Für die mathematische Simulation des hydroerosiven Schleifverfahrens wird zum Einen die Strömung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit mathematisch simuliert und zum anderen der Transport der Schleifpartikel in der Flüssigkeit und damit verbunden der Aufprall der Schleifpartikel auf das zu bearbeitende Bauteil und der daraus resultierende Materialabtrag. Zur Berechnung können kommerziell erhältliche Simulationsprogramme eingesetzt werden. Ein mögliches Modell für das hydroerosive Schleifverfahren wird zum Beispiel in P.A. Rizkalla, De- velopment of a Hydroerosion 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. Neben der hier beschriebenen mathematischen Simulation kann jedoch auch jede andere, dem Fachmann bekannte mathematische Simulation des Schleifverfahrens genutzt werden, mit der die Abtragung und Form der Abtragung von Ma- terial von einer Oberfläche mit den in der Flüssigkeit enthaltenen Schleifpartikeln beschrieben wird.

Wie vorstehend bereits beschrieben, kann die mathematische Simulation mit einem Finite- Differenzen-Verfahren, einem Finite-Elemente-Verfahren oder einem Finite-Volumen-Verfahren durchgeführt werden, wobei kommerzielle Simulationsprogramme in der Regel Finite-Elemente- Verfahren nutzen.

Als Randbedingungen und Stoffdaten für die mathematische Simulation werden die Prozessda- ten eingesetzt, die dem vorgesehenen späteren Herstellprozess entsprechen. Auch die Stoffda- ten, die für die mathematische Simulation genutzt werden, sollten denen des vorgesehenen späteren Herstellverfahrens entsprechen. Als Randbedingungen für die mathematische Simula- tion des hydroerosiven Schleifverfahrens werden zum Beispiel Druck, Temperatur und Volu- menstrom der eingesetzten, die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit eingesetzt. Stoffdaten der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit, die für die mathematische Simulation verwendet werden sind zum Beispiel die Viskosität der Flüssigkeit und die Dichte der Flüssigkeit, weitere Stoffdaten sind Form, Größe und Material der Schleifpartikel sowie die Menge der Schleifparti kel in der Flüssigkeit. Weitere Prozessdaten sind die geometrische Form des Bauteils, die als Strukturmodell Einsatz findet sowie die geometrische Form von Kanälen, durch die die Schleif- partikel enthaltende Flüssigkeit transportiert wird. Eine weitere Prozessgröße, die für die mathe- matische Simulation eingesetzt wird, ist die Dauer des Schleifverfahrens.

Änderungen der Prozessbedingungen während der Durchführung des hydroerosiven Schleifver- fahrens, beispielsweise Druck oder Temperatur der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit und insbesondere Volumenstrom der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit, werden diese Änderungen der Prozessbedingungen entsprechend auch in der mathematischen Simulation des Schleifverfahrens berücksichtigt. Neben den Änderungen des Volumenstroms und des Drucks betreffen die Änderungen der Prozessbedingungen auch Änderungen der Geometrie während des Schleifverfahrens.

Durch die mathematische Simulation des hydroerosiven Schleifverfahrens in Schritt (ii) weist das Zwischenmodell eine Geometrie auf, die der Geometrie entspricht, die entsteht, wenn das Ausgangsmodell dem hydroerosiven Schleifverfahren unterworfen wird. Da bei der erstmaligen Durchführung des Schrittes (ii) das Strukturmodell des Fertigteils als Ausgangsmodell genutzt wird, hat das bei der erstmaligen Durchführung des Schrittes (ii) bestimmte Zwischenmodell eine Form, bei der die bearbeitete Oberfläche so verändert wurden, dass das erzeugte Zwi- schenmodell ein Bauteil widergibt, von dem ausgehend vom Fertigteil die Oberflächen abge- schliffen wurden. Das Zwischenmodell weist also eine Geometrie auf, die von der gewünschten Geometrie des Fertigteils im Wesentlichen genau entgegengesetzt zu der Form abweicht, die als Ausgangsmodell benötigt wird, um am Ende des Schleifprozesses das gewünschte Fertigteil zu erhalten.

Um sich der Form des Rohlings anzunähern, die benötigt wird, um das gewünschte Fertigteil innerhalb der geforderten Toleranzen zu erhalten, wird in Schritt (iii) das in Schritt (ii) erzeugte Zwischenmodell mit dem Strukturmodell des Fertigteils verglichen und der zur Oberfläche des Strukturmodells des Fertigteils orthogonale Abstand zwischen dem Strukturmodell des herzu- stellenden Fertigteils und dem Zwischenmodell an jedem Knoten des Strukturmodells bestimmt. Dieser in jedem Knoten bestimmte orthogonale Abstand wird mit einem vorgegebenen Grenz- wert verglichen. Der vorgegebene Grenzwert ist dabei vorzugsweise die Maßtoleranz des Fer- tigteils.

Wenn der orthogonale Abstand zwischen dem Strukturmodell des Fertigteils und dem in Schritt (ii) bestimmten Zwischenmodell in mindestens einem Knoten größer ist als der vorgegebene Grenzwert, wird Schritt (iv) durchgeführt und wenn der orthogonale Abstand zwischen dem Strukturmodell des Fertigteils und dem in Schritt (ii) bestimmten Zwischenmodell in allen Knoten kleiner ist als der vorgegebene Grenzwert wird Schritt (v) durchgeführt und das Verfahren be- endet. In Schritt (iv) wird ein verändertes Modell des Bauteils erstellt, indem 5 bis 99 % des in Schritt (iii) bestimmten Abstands, bevorzugt 30 bis 70 % des in Schritt (iii) bestimmten orthogonalen Abstandes und insbesondere 40 bis 60 %, beispielsweise 50 % des in Schritt (iii) bestimmten Abstands mit entgegengesetztem Vorzeichen an jedem Knoten an der Oberfläche des Modell, das als Ausgangsmodell in Schritt (ii) eingesetzt wird, orthogonal zur Oberfläche des Aus- gangsmodells addiert werden. Anschließend werden die Schritte (ii) bis (iv) wiederholt, wobei das in Schritt (iv) erstellte veränderte Modell als neues Ausgangsmodell in Schritt (ii) eingesetzt wird. Dadurch, dass 5 bis 99 %, bevorzugt 30 bis 70 %, insbesondere 40 bis 60 %, beispiels- weise 50 % des in Schritt (iii) bestimmten orthogonalen Abstandes und nicht der gesamte in Schritt (iii) bestimmte orthogonale Abstand zum in Schritt (ii) eingesetzten Ausgangsmodell ad- diert werden, wird sichergestellt, dass das Verfahren konvergiert und in jedem Fall eine Geo- metrie für den Rohling gefunden wird, aus dem im hydroerosiven Schleifverfahren das Fertigteil hergestellt wird.

Durch den Vergleich des in Schritt (ii) erzeugten Zwischenmodells mit dem Strukturmodell des Fertigteils in Schritt (iii) wird in jedem Durchgang der orthogonale Abstand erfasst, der noch zu einer Abweichung des Ausgangsmodells zum Fertigteil führt. Durch die Addition eines Teils dieses orthogonalen Abstandes zu dem Ausgangsmodell in Schritt (ii) zur Erstellung eines neu- en Ausgangsmodells für den nachfolgenden Durchlauf der Schritte (ii) bis (iv) wird in jedem Durchlauf die Form des erforderlichen Rohlings weiter angenähert. Durch dieses iterative Ver- fahren ergibt sich die erforderliche Form des Rohlings zur Herstellung des Fertigteils durch ein hydroerosives Schleifverfahren, sobald das in Schritt (ii) erzeugte Zwischenmodell in jedem Knoten einen orthogonalen Abstand zum Strukturmodell des Fertigteils aufweist, der kleiner ist als der vorgegebene Grenzwert. Die Form des Rohlings wird in diesem Fall durch das Aus- gangsmodell in dem Schritt (ii) wiedergegeben, bei dem als Zwischenmodell das Modell erzeugt wird, dessen Oberfläche innerhalb der vorgegebenen Toleranzen, das heißt innerhalb der vor- gegebenen Grenzwerte dem Fertigteil entspricht.

Abhängig vom zu erstellenden Fertigteil können die erforderlichen Toleranzen und damit die vorgegebenen Grenzwerte über die gesamte zu bearbeitende Oberfläche des herzustellenden Fertigteils gleich sein. Es ist jedoch auch möglich, für unterschiedliche Oberflächen oder unter- schiedliche Bereiche der Oberfläche des Fertigteils unterschiedliche Toleranzen vorzugeben, womit sich dann auch unterschiedliche Grenzwerte für den orthogonalen Abstand zwischen dem Zwischenmodell aus Schritt (ii) und dem Strukturmodell des Fertigteils ergeben.

Mit dem hydroerosiven Schleifverfahren können sowohl Oberflächen an der Außenseite des Bauteils als auch Oberflächen im Inneren des Bauteils bearbeitet werden. Übliche Oberflächen im Inneren eines Bauteils sind zum Beispiel Bohrungen oder Kanäle, die durch das Bauteil ge- führt werden. Das hydroerosive Schleifverfahren wird insbesondere dann eingesetzt, wenn die zu bearbeitenden Oberflächen nicht mit konventionellen Werkzeugen erreicht werden können, zum Beispiel wenn in einem Bauteil eine Öffnung aus einem Kanal oder einer Bohrung ab- zweigt und die Einlaufkanten in die Öffnung verrundet werden sollen oder wenn sich im Inneren ein Strömungshindernis, beispielsweise in Form einer Querschnittsverengung befindet oder ein Kanal um eine oder mehrere Ecken geführt wird.

Wenn äußere Oberflächen des Bauteils mit dem hydroerosiven Schleifverfahren bearbeitet werden sollen, wird das Bauteil vorzugsweise im Inneren des Kanals positioniert, so dass die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit die äußeren Oberflächen überströmen kann. Hierzu wird das Bauteil vorzugsweise mit geeigneten Halteelementen, beispielsweise Stäben im Kanal ge- halten. Alternativ ist es auch möglich, das Bauteil in eine geeignete Halterung einzubringen, die von der Flüssigkeit durchströmt werden kann und an die auf beiden Seiten des Bauteils der Kanal mit einer geeigneten Kupplung, beispielsweise einen Flansch angebracht wird. Eine solche Positionierung des Bauteils im Kanal ist auch möglich, wenn innere und äußere Ober- flächen des Bauteils hydroerosiv bearbeitet werden sollen. In diesem Fall ist insbesondere da- rauf zu achten, dass Einströmöffnungen für die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit in das Bauteil so ausgerichtet sind, dass die Flüssigkeit das Bauteil mit einer hinreichend großen Ge- schwindigkeit durchströmt und so die inneren Oberflächen bearbeitet werden.

Alternativ ist es auch möglich, alle Öffnungen am Bauteil zunächst zu verschließen und nur die äußeren Oberflächen zu bearbeiten und anschließend das Bauteil so an einen Kanal anzu- schließen, dass nur die inneren Oberflächen überströmt werden. Entsprechend wird das Bauteil auch dann so an einen Kanal angeschlossen, dass nur die inneren Oberflächen überströmt werden, wenn keine äu8eren Oberflächen bearbeitet werden sollen.

Für den Fall, dass sowohl innere als auch äußere Oberflächen bearbeitet werden sollen, ist es selbstverständlich auch möglich, erst die inneren Oberflächen zu bearbeiten und danach nach Verschließen der Öffnungen im Bauteil die äußeren Oberflächen.

Der Anschluss des Bauteils für die Bearbeitung von inneren Oberflächen kann zum Beispiel wie in WO 2014/000954 A1 beschrieben erfolgen. Alternativ kann auch der Kanal, durch den die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit strömt an einer Zulauföffnung des Bauteils und an einer Ablauföffnung des Bauteils angeschlossen werden, so dass die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit aus dem Kanal durch die Zulauföffnung in die zu bearbeitende Öffnung des Bauteils strömt, im Bauteil die zu bearbeitenden Oberflächen überströmt und dann durch die Ablauföff- nung wieder in den Kanal.

Um die Strömung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit präzise einstellen zu können, insbesondere den Volumenstrom und den gewünschten Druckverlust über das Bauteil, ist es besonders bevorzugt, wenn zusätzlich zu dem Ventil vor dem Bauteil hinter dem Bauteil ein zweites Ventil positioniert ist. Der Volumenstrom und der Druck in der die Schleifpartikel enthal- tenden Flüssigkeit werden dann über das erste und das zweite Ventil eingestellt. Das Ventil hinter dem Bauteil erlaubt es insbesondere, den Druck in der Flüssigkeit im Bauteil so hoch zu halten, dass keine Kavitation auftritt. Hierzu wird das Ventil hinter dem Bauteil nur so weit ge- öffnet, dass mit der Pumpe der gewünschte Druck gehalten werden kann. Dieser Druck wird mit dem dritten Drucksensor, der sich hinter dem Bauteil befindet gemessen. Hierzu befindet sich der dritte Drucksensor zwischen dem Bauteil und dem Ventil hinter dem Bauteil.

Sobald der Volumenstrom in Schritt (d) dem Produkt aus der minimalen durchströmten Soll- querschnittsfläche und der maximal zulässigen Geschwindigkeit an dieser Stelle entspricht, ist die Bearbeitung des Bauteils abgeschlossen und die Strömung der die Schleifpartikel enthal- tenden Flüssigkeit wird abgebrochen. Wenn nur ein Ventil vor dem Bauteil vorgesehen ist, wird hierzu dieses Ventil geschlossen. Wenn ein Ventil vor dem Bauteil und ein zweites Ventil hinter dem Bauteil sind, wird vor dem Schließen des Ventils vor dem Bauteil in Schritt (e) das zweite Ventil hinter dem Bauteil geschlossen.

Sollte es nicht möglich sein, durch die vorstehend beschriebene Bearbeitung des Bauteils alle zu bearbeitenden Stellen der Oberflächen zu erreichen, ist es möglich, entweder das Bauteil so neu im Kanal zu positionieren, dass die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit die zu bear- beitenden Oberflächen in einer von der ersten Richtung verschiedenen Richtung, zum Beispiel in entgegengesetzter Richtung überströmt. Alternativ ist es auch möglich, das Bauteil in der ursprünglichen Position im Kanal zu halten und die Strömungsrichtung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit umzukehren, so dass diese in entgegengesetzter Richtung die zu be- arbeitenden Oberflächen überströmt. Hierzu wird entweder eine zweite Pumpe auf der anderen Seite des Bauteils eingesetzt, wobei vorzugsweise jeweils die Pumpe, die nicht benötigt wird, mit einem Bypass umgangen wird oder alternativ wird eine Pumpe genutzt, die die Förder- richtung umkehren kann. Bevorzugt ist es jedoch, eine zweite Pumpe einzusetzen.

Die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit wird vorzugsweise in einem Vorratsbehälter vor- gelegt und strömt nach dem Überströmen der zu bearbeitenden Oberflächen des Bauteils wie- der in den Vorratsbehälter zurück. Hierdurch ist ein kontinuierliches hydroerosives Schleifen möglich, ohne dass ständig frische Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit bereitgestellt werden muss. Um vom Bauteil abgetragenes Material aus der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssig keit zu entfernen, ist es vorteilhaft, wenn die Schleifpartikel andere physikalische Eigenschaften aufweisen als das Material des Bauteils. So können bei einem nicht magnetisierbaren Material des Bauteils zum Beispiel magnetisierbare Schleifpartikel genutzt werden, so dass mit Hilfe eines Magnets die Schleifpartikel von dem vom Bauteil abgetrennten Material getrennt werden können. Entsprechend kann bei einem magnetisierbaren Material das vom Bauteil abgetrennte Material auf einfache Weise mit einem Magneten aus der Flüssigkeit entfernt werden, wenn die Schleifpartikel nicht magnetisierbar sind. Alternativ ist auch eine Trennung aufgrund der Schwerkraft bei unterschiedlicher Dichte möglich oder ein Abtrennen mit Hilfe von Filtern, wenn die Partikel des vom Bauteil abgetrennten Materials eine andere Größe aufweisen als die Schleifpartikel.

Alternativ ist es auch möglich, nur einen Teil der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit wieder in den Vorratsbehälter zurückzuführen und einen Teil aus dem Verfahren zu entnehmen, um mit diesem entnommenen Teil auch einen Teil des abgetrennten Materials zu entfernen.

Der entnommene Teil wird dann durch frische Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit ersetzt. Aufgrund des hohen Aufwandes, das als sehr kleine Partikel vom Bauteil abgetrennte Material und die ebenfalls sehr kleinen Schleifpartikel zu trennen, ist es besonders bevorzugt, in vorge- gebenen Intervallen die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit vollständig auszutauschen. Die vorgegebenen Intervalle können dabei einerseits von der Anzahl der bearbeiteten Bauteile oder andererseits von der Einsatzzeit der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit abhängen.

Um ein plötzliches Entspannen der Flüssigkeit in den Vorratsbehälter, das gegebenenfalls zu einer Verdampfung führen kann, zu verhindern, ist es bevorzugt, wenn die in den Vorratsbehäl- ter zurückgeführte Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit vor dem Einströmen in den Vorratsbe- hälter entspannt wird. Zum Entspannen der Flüssigkeit kann zum Beispiel eine Drossel oder ein Ventil eingesetzt werden.

Um die Geschwindigkeit der die Schleifpartikel beim Eintritt in den Vorratsbehälter zu reduzie- ren ist es weiterhin vorteilhaft, die Querschnittsfläche des Kanals zu erhöhen. Hierbei ist es be- vorzugt, wenn die Querschnittsfläche nicht zu plötzlich erweitert wird, um zu verhindern, dass sich starke Wirbel in der Flüssigkeit ausbilden, die durch Abschleifen mit den in der Flüssigkeit enthaltenen Partikeln zu einer Schädigung der Wandung des Kanals führen können. Wenn eine Drossel oder ein Ventil zum Entspannen der Flüssigkeit eingesetzt werden, ist es weiterhin be- vorzugt, wenn ein vierter Drucksensor hinter dem Entspannungsorgan vorgesehen ist, mit dem der Druck der Flüssigkeit vor dem Einströmen in den Vorratsbehälter gemessen wird. Vorzugs- weise wird dieser Druck zur Regelung des Entspannungsorgans genutzt, so dass die Flüssig- keit immer in einem vorgegebenen Druckbereich in den Vorratsbehälter zurückströmt.

Um die Schleifpartikel gleichmäßig verteilt in der Flüssigkeit zu halten ist es vorteilhaft, wenn der Vorratsbehälter einen Rührer aufweist, mit dem die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit gerührt werden kann.

Als Flüssigkeit für die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit eignen sich insbesondere natürli- che oder synthetische Öle, insbesondere Hydrauliköle, oder Wasser. Geeignete Hydrauliköle sind kommerziell erhältlich, zum Beispiel als Shell Morlina® 10-60 oder Shell Clavus® 32.

Das für die Schleifpartikel eingesetzte Material ist abhängig vom Material des zu bearbeitenden Bauteils. Wenn das Bauteil aus einem Metall oder einer Keramik ist, werden vorzugsweise Schleifpartikel aus Borcarbid oder Diamant eingesetzt. Bei einem Bauteil aus einem Kunststoff eignen sich insbesondere Schleifpartikel aus Borcarbid, Diamant, Sand oder Silizium. Auch die Form und die Größe der Schleifpartikel ist abhängig vom zu bearbeitenden Material des Bau- teils und von der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere der gewünschten Oberflächenrauheit sowie der Größe der zu bearbeitenden Struktur. Geeignete Partikelformen für die Schleifpartikel sind insbesondere scharfkantige Partikel, zum Beispiel gebrochene Parti- kel. Geeignete Schleifpartikel weisen vorzugsweise eine Größenverteilung von 1 bis 100 pm und insbesondere eine Größenverteilung von 1 bis 10 pm auf. Um das bearbeitete Bauteil von Rückständen an Schleifpartikeln oder abgetragenem Material zu reinigen, wird das Bauteil in der Regel nach der Bearbeitung mit der die Schleifpartikel ent- haltenden Flüssigkeit gespült. Hierzu können entweder Wasser oder Öle, beispielsweise syn- thetische oder natürliche Öle eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird zum Spülen die gleiche Flüssigkeit verwendet, die auch zuvor zur Bearbeitung des Bauteils eingesetzt wurde, wobei die Flüssigkeit zum Spülen keine Schleifpartikel enthält.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Verfahrensfließbild des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Zur Bearbeitung durch ein hydroerosives Schleifverfahren wird ein Bauteil 1 in einen Kanal 3 eingebracht, der von einer Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit durchströmt wird. Die Positi- onierung des Bauteils 1 ist dabei abhängig von der zu bearbeitenden Oberfläche. Wenn äußere Oberflächen am Bauteil bearbeitet werden sollen, wird das Bauteil 1 so in den Kanal 3 einge- bracht, dass die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit die zu bearbeitenden äußeren Ober- flächen überströmen kann. Hierzu ist der Kanal 3 von allen Seiten von einer Wandung umgeben und das Bauteil 1 befindet sich im Inneren des Kanals. Das Bauteil 1 wird dann mit geeigneten Befestigungsmitteln, beispielsweise Stäben, im Kanal 3 fixiert. Wenn innere Oberflächen, zum Beispiel von Bohrungen oder Kanälen im Bauteil 1 bearbeitet werden sollen, wird der Kanal 3 so an das Bauteil angeschlossen, dass die inneren Oberflächen des Bauteils 1 von der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit überströmt werden. Hierzu kann zum Beispiel der Kanal 3 mit einer geeigneten Kupplung direkt an die Öffnung, beispielsweise die Bohrung oder den Kanal im Bauteil 1 angeschlossen werden.

Um die Strömung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit einstellen zu können, befindet sich in Strömungsrichtung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit ein erstes Ventil 5. Zu Beginn wird das erste Ventil 5 geschlossen. Dann wird mit einer Pumpe 7, vorzugsweise einer Membranpumpe, in der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit im Kanal 3 zwischen der Pumpe 7 und dem ersten Ventil 5 der Druck erhöht. Der Druck, der mit der Pumpe 7 bei ge- schlossenem erstem Ventil 5 eingestellt wird, ist abhängig vom Material des zu bearbeitenden Bauteils. Wenn die zu bearbeitende Oberfläche des Bauteils 1 aus einem Metall oder einer Ke- ramik ist, wird vorzugsweise ein Druck im Bereich von 10 bis 500 bar(abs), mehr bevorzugt 10 bis 200 bar(abs) und insbesondere 50 bis 150 bar(abs) aufgebaut und bei einer zu bearbeiten- den Oberfläche des Bauteils 1 aus einem Kunststoff ein Druck im Bereich von 1 ,1 bis 100 bar(abs), mehr bevorzugt im Bereich von 1 ,5 bis 10 bar(abs) und insbesondere im Bereich von 1 ,5 bis 3 bar(abs). Der Druck, der mit der Pumpe 7 bei geschlossenem ersten Ventil 5 aufge- baut wird, wird dabei mit einem ersten Drucksensor 9 gemessen.

Nach dem Druckaufbau wird zunächst das erste Ventil 5 teilweise geöffnet. Vorzugsweise wird das erste Ventil 5 auf 5 bis 80 %, mehr bevorzugt 10 bis 40 %, insbesondere 15 bis 25 %, bei- spielsweise 20 % der maximal durchströmten Querschnittsfläche im Ventil geöffnet. Anschlie- ßend wird ein zweites Ventil 11 , das in Strömungsrichtung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit hinter dem zu bearbeitenden Bauteil 1 angeordnet ist, geöffnet, wobei das zweite Ventil 1 1 nur so weit geöffnet wird, dass der von der Pumpe 7 erzeugte und am ersten Druck- sensor 9 gemessene Druck erhalten bleibt und ein gewünschter Volumenstrom der die Schleif- partikel enthaltenden Flüssigkeit eingestellt wird. Der Volumenstrom wird dabei mit einem ge- eigneten Sensor 13, beispielsweise einem Durchflusssensor, gemessen. Der Volumenstrom, der mit dem ersten Ventil 5 und dem zweiten Ventil 11 eingestellt wird, beträgt dabei vorzugs- weise 5 bis 80 %, mehr bevorzugt 10 bis 40 % und insbesondere 15 bis 15 %, beispielsweise 20 % des Produkts aus der minimalen durchströmten Sollquerschnittsfläche und der maximal zulässigen Geschwindigkeit an dieser Stelle.

Während die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit die zu bearbeitende Oberfläche über- strömt, wird die Druckdifferenz in der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit erfasst. Hierzu ist in der hier gezeigten Ausführungsform ein zweiter Drucksensor 15 vor dem Bauteil und ein dritter Drucksensor 17 hinter dem Bauteil angeordnet. Der zweite Drucksensor 15 befindet sich dabei vorzugsweise wie hier dargestellt zwischen dem ersten Ventil 5 und dem Bauteil 1 und der dritte Drucksensor 17 zwischen dem Bauteil 1 und dem zweiten Ventil 11. Zur Bestimmung der Druckdifferenz wird der am dritten Drucksensor 17 gemessene Druck von dem am zweiten Drucksensor 15 gemessenen Druck subtrahiert.

Durch das hydroerosive Schleifen werden Kanten und Ecken im Bauteil abgerundet. Zudem vergrößert sich die durchströmte Querschnittsfläche. Diese Veränderungen am Bauteil führen zu einer Verringerung der Druckdifferenz bei konstantem Volumenstrom.

Sobald die zwischen dem zweiten Drucksensor 15 und dritten Drucksensor 17 erfasste Druck- differenz um 5 bis 80 %, vorzugsweise 10 bis 30 %, insbesondere 15 bis 25 %, beispielsweise 20 % abgesunken ist, wird der Volumenstrom der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit erhöht. Die Erhöhung des Volumenstroms erfolgt dabei vorzugsweise kontinuierlich, stetig und monoton steigend bis der Volumenstrom dem Produkt aus minimaler durchströmter Sollquer- schnittsfläche im Bauteil und der maximal zulässigen Geschwindigkeit entspricht. Sobald dieser Wert erreicht ist, wird die Strömung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit beendet, die Pumpe abgeschaltet und zuerst das zweite Ventil 1 1 und danach das erste Ventil 5 ge- schlossen.

Um während des Schleifprozesses Kavitation zu verhindern, die zu ungewolltem Materialabtrag und damit zu Schädigungen am Bauteil führen kann, ist vorzugsweise ein Schallsensor 19 vor- gesehen. Mit dem Schallsensor können ungewünschte Geräusche in der strömenden die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit, insbesondere durch Zusammenfallen der durch Kavita- tion entstehenden Dampfblasen erzeugte Knalle oder Knattern, erfasst werden. Sobald mit dem Schallsensor erfasste Geräusche auf einsetzende Kavitation deuten, wird der Volumenstrom verringert, wodurch auch die Neigung zur Kavitation verringert wird. Auf diese Weise kann das hydroerosive Schleifverfahren so betrieben werden, dass keine Kavitation und damit kein uner- wünschter Materialabtrag auftritt. Die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit wird während des hydroerosiven Schleifpro- zesses vorzugsweise einem Vorratsbehälter 21 entnommen. Der Vorratsbehälter 21 kann dabei mit einem Rührer ausgestattet sein, um ein Agglomerieren und Sedimentieren der Schleifparti kel zu verhindern.

Nach dem Durchströmen des Bauteils wird die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit vor- zugsweise über eine Rücklaufleitung 23 wieder in den Vorratsbehälter 21 zurückgeführt. Vor dem Einlauf in den Vorratsbehälter wird die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit in einem Entspannungsorgan 25 entspannt. Als Entspannungsorgan 25 eignet sich zum Beispiel eine Drossel oder ein Ventil. Alternativ ist es auch möglich, zur Entspannung der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit und zur Reduktion der Geschwindigkeit den Durchflussquerschnitt der Rücklaufleitung 23 zu erhöhen. Wenn ein steuerbares oder regelbares Entspannungsorgan 25 eingesetzt wird, ist es vorteilhaft, den Druck in der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit mit einem vierten Drucksensor 27 zu messen und das Entspannungsorgan 25 mit dem am vier- ten Drucksensor 27 zu steuern und/oder regeln, um so die Schleifpartikel enthaltende Flüssig- keit einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder mit einem Druck, der innerhalb der für die Steue- rung und/oder Regelung vorgegebenen Grenzen schwankt, in den Vorratsbehälter 21 einzulei- ten.

Da die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit das bei der hydroerosiven Bearbeitung abge- tragene Material vom Bauteil 1 spült und mitführt, wird die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit durch das abgetragene Material verunreinigt. Um die die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit über einen längeren Zeitraum nutzen zu können, ist es nun möglich, das abgetrage- ne Material durch ein geeignetes Trennverfahren aus der die Schleifpartikel enthaltenden Flüssigkeit zu entfernen. Hierzu kann entweder eine geeignete Vorrichtung zur Abtrennung in der Rücklaufleitung 23 vorgesehen sein oder es wird ein Teil der die Schleifpartikel enthalten- den Flüssigkeit entweder aus dem Vorratsbehälter 21 oder aus der Rücklaufleitung 23 ent- nommen und einer Aufbereitung zugeführt, in der das abgetragene Material aus der die Schleif partikel enthaltenden Flüssigkeit entfernt wird. Die so aufbereitete Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit kann dann wieder in den Vorratsbehälter zurückgeführt werden.

Alternativ ist es auch möglich, kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen, die entweder abhängig vom Anteil des abgetragenen Materials in der die Schleifpartikel enthaltenden

Flüssigkeit sind oder konstant gewählt werden, einen Teil der Flüssigkeit aus dem Verfahren zu entnehmen und durch frische Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit zu ersetzen. Weiterhin ist es auch möglich, den Anteil des abgetragenen Materials durch kontinuierliche Untersuchungen oder Untersuchungen in regelmäßigen, vorgegebenen Abständen zu bestimmen und bei Errei- chen eines vorgegebenen maximalen Anteils an abgetragenem Material die gesamte, die Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit durch frische Schleifpartikel enthaltende Flüssigkeit aus- zutauschen. Neben der hier dargestellten Ausführungsform mit zurückgeführter Schleifpartikel enthaltender Flüssigkeit ist es alternativ selbstverständlich auch möglich, das hydroerosive Schleifen immer mit frischer Schleifpartikel enthaltender Flüssigkeit durchzuführen und die Schleifpartikel enthal- tende Flüssigkeit nach dem Überströmen der zu bearbeitenden Oberflächen aus dem Prozess zu entnehmen und zu entsorgen oder aufzubereiten.

Bezugszeichenliste

I Bauteil

3 Kanal

5 erstes Ventil

7 Pumpe

9 erster Drucksensor

I I zweites Ventil

13 Sensor zur Messung des Volumenstroms 15 zweiter Drucksensor

17 dritter Drucksensor

19 Schallsensor

21 Vorratsbehälter

23 Rücklaufleitung

25 Entspannungsorgan

27 vierter Drucksensor