(57)【要約】【課題】摩擦学的な負荷を低減するための、構造化された、かつ／又は確立論的にミクロ構造化された構成部材２表面を製造する方法において、特に高圧噴射システム又は液圧駆動装置の摩擦学的に高度に負荷されるコンポーネントを改良して、運転時の摩擦学的な負荷が低減及び／又は最適化されているように構成する。【解決手段】強制的なキャビテーョンによって表面内に切欠きを設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦学的な負荷を低減するための、構造化された、かつ／又は確立論的にミクロ構造化された構成部材（２）表面を製造する方法において、表面内に、強制的なキャビテーョンによって切欠きを設けることを特徴とする、構造化された、かつ／又は確立論的にミクロ構造化された構成部材（２）表面を製造する方法。
【請求項２】
切欠きを、振動キャビテーションによって形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
振動キャビテーションを、１０から３０ｋＨｚまでの、有利には２０ｋＨｚの周波数により、かつ１μｍから１００ｍμまでの、有利には１０μｍから４０μｍまでの振幅により行う、請求項２記載の方法。
【請求項４】
キャビテーションを、液状媒体、有利には蒸留水内で行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
キャビテーション媒体のプロセス温度を、２０℃から９０℃までに設定する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
キャビテーションの間に、周期的な圧力波を形成する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
気泡形成のために必要な負圧を、圧力波の膨張段階に形成する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
処理したい表面（９）と、ソノトロード（７）の先端との間の間隔を、キャビテーションの間に一定不変に保つか、又は動力学的に変更する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
ソノトロード（７）の先端と構成部材（２）との間の間隔を、０．０１ｍｍから２ｍｍまでに、有利には０．５ｍｍに設定する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
切欠きを、ジェットキャビテーションによって形成する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
キャビテーションジェットが流出する流れ横断面を、表面で気泡が内破するように意図的に変更する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
表面をキャビテーションによって次のように処理する、すなわち、形成された切欠きが、ミクロ通路を介して結合されているように処理する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦学的な負荷を低減及び／又は最適化するための、構造化された、かつ／又は確立論的にミクロ構造化された表面を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
実際に、構成部材の高い摩擦学的な負荷はしばしば問題を引き起こす。このような構成部材には、例えば液圧駆動装置又は噴射システムのコンポーネント、例えばこの噴射システム内に高圧を形成するために設けられた高圧ポンプが挙げられる。この高圧ポンプは、燃料、すなわち、ディーゼル燃料又はガソリン燃料によって潤滑される。特にコモンレール噴射システムのための高圧ポンプの駆動装置内で使用される、混合摩擦で駆動される機械エレメント、例えば滑り軸受、走行ローラ−プレートの組合せ、ピストン−シリンダの組合せ又は連結部でも、とりわけ運転中に危険な摩擦及び摩耗状態が発生しかねず、このような摩擦及び摩耗状態はコンポーネントの尚早の故障につながる恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで本発明の課題は、特に高圧噴射システム又は液圧駆動装置の摩擦学的に高度に負荷されるコンポーネントを改良して、運転時の摩擦学的な負荷が低減及び／又は最適化されているように構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題を解決した本発明の手段によれば、強制的なキャビテーョンによって表面内に切欠きが設けられる。
【発明の効果】
【０００５】
構成部材の構造化された、かつ／又は確立論的にミクロ構造化された表面を製造するための本発明による方法、すなわち、強制的なキャビテーションによって表面に切欠きを設ける方法により、有利には、運転時に摩擦学的な負荷が意図的に低減される。この効果は、潤滑のために使用される潤滑剤のために表面内及び／又は表面下に形成された切欠きがリザーバを形成しており、これにより、構成部材と対応ボディとの間には、切欠きなしの構成部材表面の場合よりも、遥かに多くの潤滑剤が存在していることに基づいている。
【０００６】
切欠きは、構成部材の表面に強制的なキャビテーションによって、簡単な形式かつ低コストで、ミクロ容積の形で構成することができる。このミクロ容積は、一方では、潤滑剤のための拡大された蓄積室であり、他方では、処理される構成部材の機能を損なわないようになっている。
【０００７】
本発明による対象の別の利点及び有利な構成が、以下の説明、図面及び請求項から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図面には、本発明による方法を実施するための著しく概略化した２つの装置が示されている。これらの装置を次に詳しく説明する。
【０００９】
図１には、著しく簡略化された振動キャビテーション装置１が示されている。この振動キャビテーション装置１を用いて、振動励起によるキャビテーションによって、構成部材２の表面に切欠き若しくはミクロ容積（詳しく述べない）が周辺圧力において形成される。
【００１０】
切欠きを形成するためには、構成部材２の材料が、短時間に作用する流体衝突によって表面に繰り返し負荷される。ミクロジェットとも呼ばれるこの流体衝突は、キャビテーション媒体内で内破する流体中空室若しくは気泡によって発生する。キャビテーション媒体は、振動キャビテーション装置１の容器３に配置されている。これらの気泡は、流体静力学的な臨界圧力を短時間下回った場合にキャビテーション媒体内で内破する。このキャビテーション媒体は、本発明では例えば蒸留水である。表面の負荷が増大し、キャビテーションが進行するに従って、構成部材２の一次的に損傷された表面範囲から始まって、孔食に似た材料破壊が始まり、この材料破壊は、結果として構成部材の表面に望ましい切欠きをもたらす。
【００１１】
構成部材２の処理のためには、圧電式振動器４を備えた振動キャビテーション装置１が形成されている。前記圧電式振動器４は、複数の圧電結晶円板５を有しており、これらの圧電結晶円板５は、本発明では層状に互いに列に配置されており、制御電圧を印加した場合、この制御電圧の高さに関連した、圧電効果に対応した長さ変化を被る。
【００１２】
圧電結晶円板５には、コンバータ若しくは増幅器６並びに超音波ソノトロードの形で構成されたソノトロード７が後置されており、このソノトロード７は、振動キャビテーション装置１の容器３内でキャビテーション媒体に進入する。圧電結晶円板５は、電気的な制御装置８に接続されており、この制御装置８によって、微調節が実施可能になっている。さらに前記制御装置８は、振動キャビテーションの周波数の振幅制御を引き受け、圧電結晶円板５に印加された制御電圧を介して、振動キャビテーションの周波数を調節する。
【００１３】
処理したい構成部材の材料に関連して、振動キャビテーションの周波数、すなわち、構成部材の表面に加えられる流体衝突の周波数は、１０ｋＨｚと４０ｋＨｚとの間に、有利には２０ｋＨｚに調節される。さらに、振動キャビテーションの振幅は、１μｍから１００μｍまで、有利には１０μｍから４０μｍまでの間の範囲で選択される。
【００１４】
このことは、ソノトロード７の先端が、２０ｋＨｚの周波数と、有利には１０μｍから４０μｍまでの振幅とにより、所定の時間にわたって振動を励起されることを意味し、この0場合に、ソノトロード７の先端の振動する表面９は、キャビテーション媒体内で周期的な圧力波を形成し、この圧力波は調和振動をもたらす。
【００１５】
当然のことながら、圧力波が非周期的に形成され、振動キャビテーションの周波数並びに振幅が、構成部材の処理の間に動力学的に変化せしめられるか、又は一定不変に所定の値に調節されているようにすることができる。
【００１６】
構成部材の処理のために必要な、キャビテーション媒体の気泡は、振動キャビテーションの膨張段階に調節された負圧によって形成される。この場合、本発明では、構成部材２がソノトロード先端に対して一定不変の間隔を置いてキャビテーション気泡範囲に位置決めされ、この場合、前記間隔は０．５ｍｍである。典型的には、処理したい構成部材は、ソノトロード先端から０．０１ｍｍから２ｍｍまでの間隔を置いて位置決めされ、この場合、一定不変又は可変の間隔は、それぞれ本発明の使用目的に関連して調節される。
【００１７】
さらに、振動キャビテーション装置１には温度制御装置１７が構成されており、これにより、キャビテーション媒体は有利なプロセス温度に調節される。このキャビテーション媒体は、例えばディーゼル噴射システムの流入プロセスにおいて使用されるようないわゆる「キャリブレーション媒体」であっても、又はディーゼル燃料又はガソリン燃料であってもよい。プロセス温度は、蒸留水では有利には２０℃から９０℃までの間にあり、この場合、プロセス温度は、処理の間に一定不変に保持されるか、又はこれに対して択一的に相応に動力学的に変更されるようにすることもでき、これにより、処理プロセスに意図的に影響を与えることができる。
【００１８】
前記プロセスパラメータは、それぞれ処理したい構成部材が製造された材料に関連して調節され、これにより、望ましい切欠きが構成部材の表面に形成される。
【００１９】
従って、例えば硬質材料では、より硬質でない材料の場合よりも、プロセス温度はより高く、かつ処理継続時間はより長く対応して調節され、これにより、所定の切欠きが構成部材の表面に意図的に形成される。
【００２０】
図２には、ジェットキャビテーション装置１０が示されている。このジェットキャビテーション装置１０は、図１に示した振動キャビテーション装置１と同様に、構成部材２の表面に切欠きを意図的に形成するために使用される。振動キャビテーョンとは対称的に、ジェットキャビテーションは周辺圧力ではなく、１００ｂａｒから５００ｂａｒまでの間の、有利には２５０ｂａｒのプロセス圧力で行われる。それ故、容器装置１１の壁厚さは、振動キャビテーション装置１の容器３の壁厚さよりもかなり大きく形成されている。
【００２１】
ジェットキャビテーション装置１０の容器装置１１には、流入口１２と流出口１３とが構成されており、この場合、流入口１２の範囲には、容器装置１１の容器内部に突入するノズル１５が設けられており、このノズル１５からは、ノズル１５の流れ横断面に関係して多少の差こそあれ、強く空洞形成する流体ジェットが、処理したい構成部材２の方向へ流出する。
【００２２】
容器装置１１の流入口１２は、ノズル１５の前の流れ範囲では一定不変の直径を有している。このノズル１５の、少なくとも容器内部１４に向けられた端部の範囲には、次のように変更された直径が構成されている、すなわち、ノズルの流れ横断面若しくは直径の制御された変更により、キャビテーションジェット内に存在する気泡が構成部材２の表面で内破するように構成されており、このことが、構成部材２の表面における材料剥離をもたらす。この材料剥離は、構成部材２の表面に前記切欠きをもたらす。
【００２３】
流出口１３を介して、流入口１２を介して容器内部１４に供給されたキャビテーション媒体は、容器装置１１から導出される。このキャビテーョン媒体は、振動キャビテーションの場合のように蒸留水であっても、キャリブレーション媒体、又はディーゼル燃料若しくはガソリン燃料であってもよい。
【００２４】
キャビテーションプロセス、及び構成部材に作用するキャビテーションジェットの幾何学配置を観察することができるように、ジェットキャビテーョン装置１０には観察装置１６が構成されている。この観察装置は、容器装置１１の壁を通って容器内部１４に案内されており、操作員がペリスコープのように容器内部１４を観察することを可能にする。
【００２５】
両方の装置１及び装置１０により、構成部材の表面には上記の形式で切欠きが形成され、これらの切欠きは、キャビテーョン範囲における気泡の分配により、構成部材の表面に確立論的に分配されている。切欠きの確立論的な配置は、例えば燃料の不均一な使用に役立ち、これにより、混合摩擦時の耐用寿命を高める。
【００２６】
切欠きが所定の幾何学構造によって構成部材の表面に配置されることが望ましい場合、いわゆるシェードが使用される。これらのシェードには貫通開口の形で望ましい幾何学構造が構成されている。これらのシェードは、有利には孔又は打抜加工された開口を有する薄板又はフィルムの形で構成されており、これらの開口の配置は、処理したい構成部材の表面に設けられる切欠きの望ましい幾何学構造に対応する。
【００２７】
シェードは、処理したい構成部材の表面に配置されており、これにより、構成部材の表面に設けられる切欠きは、強制的なキャビテーションの間にシェードの開口の範囲にのみ形成される。構成部材の表面の、シェードにより覆われた範囲は、内破する気泡によって攻撃されることはない。
【００２８】
シェードには、幾何学的に任意に構成された貫通開口を構成することができ、これにより、それぞれ本発明の使用目的に関連して特に成形された切欠きを構成部材の表面に形成することができる。
【００２９】
このようにして構成部材の表面に切欠きが形成され、これらの切欠きが「クラスタ」若しくは微小通路によって互いに結合されている場合、有利であり得る。構成部材が、機械的に高度に負荷される機械コンポーネントである場合、上記のような互いに結合された潤滑剤リザーバにより、温度補償が、互いに結合された切欠きの間の潤滑剤補償を介して調節される。潤滑剤交換、ひいては温度補償は、有利には、摩擦学的により高度に負荷される範囲に配置された切欠きと、微小通路を介してこの切欠きに結合された、摩擦学的により低く負荷される範囲に配置された別の切欠きとの間で行われる。
【００３０】
従って、本発明による方法により、例えば高圧噴射システムのコンポーネント、例えば液圧機械又は液圧ポンプの表面に意図的に切欠きを設ける可能性が生じ、これらの切欠きは、コンポーネントの組み付けられた状態で潤滑剤のためのリザーバとなる。これにより、より強く摩擦負荷される範囲でこの形で処理されたコンポーネントは、処理されていない構成部材に比べて、より大量の潤滑剤を有している。このことは、潤滑作用が簡単な手段で高められ、さらにこの潤滑作用がより長い時間にわたって保証されているので、構成部材摩耗が、低減された摩擦学的な負荷に基づいて低減されることにつながる。
【００３１】
本発明による方法は、高度に負荷される構成部品の初回の運転開始前、流入段階後、メンテナンスの間、又は個々に設定された所定の運転間隔の後に実施可能であり、この場合、本発明による方法の使用の時点は、それぞれ本発明の使用目的に関連している。本発明による方法は、構成部材の被覆されていない表面、部分的に被覆された表面、全体的に被覆された表面、複数層に被覆された、かつ／又は多孔性の表面に、潤滑剤リザーバを形成し、これにより潤滑作用を高めるために使用可能である。
【００３２】
本発明による方法は、特に高圧噴射システムの摩擦学的に高度に負荷される構成部材、例えばディーゼル内燃システム及びガソリン燃料噴射システムのための高圧ポンプの走行ローラ、差込みポンプの駆動装置、高圧ポンプと圧送ポンプとの間の滑り軸受並びに連結部、行程リング、ピストン−シリンダの組合せのためにも、液圧ポンプの摩擦負荷されるコンポーネント、歯車ポンプの駆動装置並びに滑り軸受などのためにも適している。
【００３３】
特にコモンレール噴射システムの高圧ポンプでは、潤滑剤は内燃機関に供給される燃料であり、この場合、この燃料は構成部材若しくはコンポーネントの表面に、本発明による方法で形成された切欠き内に増大された量で存在しており、強度に摩擦負荷される範囲でより高い潤滑作用を保証する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】構成部材の本発明による処理に用いられる振動キャビテーション装置を示す概略図である。
【００３５】
【図２】本発明により処理される構成部材を備えたジェットキャビテーションを原理的に示す横断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  キャビテーション装置、    ２  構成部材、    ３  容器、    ４  圧電振動器、  ５  圧電結晶円板、    ６  増幅器、    ７  ソノトロード、  ８  制御装置、    ９  表面、    １０  ジェットキャビテーション装置、    １１  容器装置、    １２  流入口、    １３  流出口、    １４  容器内部、    １５  ノズル、    １６  観察装置
【図１】
2004299048.tif 000003
【図２】
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