DE10121964B4

DE10121964B4 - Überprüfungsvorrichtung für Ventilsitze

Info

Publication number: DE10121964B4
Application number: DE2001121964
Authority: DE
Inventors: Horst Knaebel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-05
Filing date: 2001-05-05
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2021-05-06
Also published as: DE10121964A1

Abstract

Vorrichtung zur Überprüfung der Breite, des Winkels und der angrenzende Flächen eines Ventilsitzes eines Zylinderkopfes, bestehend aus einem auf den Ventilsitz aufsetzbaren, sich dort mit Hilfe eines in die Ventilschaftbohrung ragenden Schaftes selbst zentrierenden Messdorn und aus einem auf einem Messschlitten parallel zum Ventilsitz verschiebbaren Messwertaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschlitten (8) in einem seitlich am Messdorn (1) befindlichen Gehäuse (7) angeordnet und durch einen Motor (11) mit Spindel (9) über einen vorgegebenen, sich beidseitig über die Breite des Ventilsitzes (3) hinaus erstreckenden und durch ein Messgerät (13, 15) kontrollierbaren Weg verschiebbar ist und dass das Messgerät (13, 15) und der Messwertaufnehmer (20) mit einem Messrechner zur Ermittlung der Breite, des Winkels und der Ebenheit des Ventilsitzes (3) sowie der Übergänge vom Ventilsitz (3) zu den angrenzenden, vorgelagerten und nachgeordneten Flächen und deren Winkel verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überprüfung der Breite, des Winkels und der angrenzende Flächen eines Ventilsitzes eines Zylinderkopfes, bestehend aus einem auf den Ventilsitz aufsetzbaren, sich dort mit Hilfe eines in die Ventilschaftbohrung ragenden Schaftes selbst zentrierenden Messdorn und aus einem auf einem Messschlitten parallel zum Ventilsitz verschiebbaren Messwertaufnehmer.
Bei der Herstellung von Zylinderköpfen für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, Kolbenkompressoren oder ventilgesteuerten Hydraulikkomponenten ist es erforderlich, die Maß-, Form- und/oder Lagetoleranzen der Ventilsitze genau zu überprüfen, da bereits geringe Toleranzabweichungen wesentlichen Einfluss auf die Funktion, die Effektivität und den Wirkungsgrad der damit gesteuerten Maschinen haben. Es geht dabei um die Überprüfung der Rundheit des Ventilsitzes, des Rundlaufs zwischen dem Ventilsitz und der Ventilschaftbohrung und um die Messung der Ventilsitzbreite, des Ventilsitzwinkels sowie die Kontrolle der Übergänge vom Ventilsitz zu den angrenzenden Flächen.
Für die Rundheits- und Rundlaufüberprüfung sind bereits Vorrichtungen bekannt, die aus einem auf den Ventilsitz aufsetzbaren Messdorn bestehen, der mit zwei Messwertaufnehmern bestückt ist, von denen einer im Bereich des Ventilsitzes und der andere im oberen Bereich der Führungshülse für den Ventilschaft wirksam ist. Für den Überprüfungsvorgang wird der Messdorn um 360° gedreht und die Messwerte werden dabei über einen Messrechner aufgenommen, verrechnet und gegebenenfalls gespeichert.
Zur Messung der Ventilsitzbreite und des Ventilwinkels sowie zur Kontrolle der Übergänge vom Ventilsitz zu den angrenzenden Flächen werden neben Messmaschinen auch pneumatische Messdorne verwendet. Da diese Ventilsitzbreiten im modernen Fahrzeugbau oft nur 0,7 bis 1,2 mm betragen und der Ventilsitzwinkel auf maximal zwanzig Winkelminuten toleriert ist, können diese Messaufgaben jedoch bisher nur mit sehr präzisen und hochauflösenden 3-D-Messmaschinen gelöst werden. Messungen mit derartigen Maschinen sind aber sehr teuer und sehr zeitaufwendig. Bei den pneumatischen Messdornen soll die aus Schlitzdüsen austretende Luftmenge Aufschluss über die geometrische Form des Ventilsitzes geben. Dies ist nicht möglich, da die gemessene Luftmenge nicht den unterschiedlichen Parametern zugeordnet werden kann. Dementsprechend sind derartige Messmittel uneffektiv und nicht in der Lage, die anstehende Aufgabe zu lösen.
Aus der deutschen Auslegeschrift 28 36 925 ist eine Vorrichtung zur Kontrolle der Geometrie der Fase eines eingebauten Ventilsitzringes bekannt, bei der ein mit einer Druckmittelquelle in Verbindung stehender und mit einer oder zwei Ringdüsen ausgestattet Messdorn eingesetzt wird, der sich vorzugsweise über eine kugelförmig Ringfläche auf der Ventilsitzfase abstützt, so dass der Durchsatz des Druckmittels Aufschluss über die Geometrie der Fase des Ventilsitzringes geben soll.
Da die Aufteilung und Ausflussrichtung des Druckmittelstromes aus einer solchen Ringdüse unkontrollierbar ist und von zahlreichen Einflussgrößen, wie die Rundheit und Oberflächenbeschaffenheit der Ventilsitzfase, der Form und Beschaffenheit der die Ringdüse bildenden Außenkanten, die Gleichheit der Spaltweite über den Umfang der Ringdüse bzw. der Ringdüsen sowie der Auflage und der Position der Ringdüse bzw. der Ringdüsen auf der Ventilsitzfase abhängt, ist der Druckmitteldurchsatz eine von so vielen Faktoren beeinflussbare Größe, die keinerlei Aufschluss auf die zu messenden einzelnen Merkmalen geben kann. Es ist demzufolge nicht möglich, mit einer derartigen Vorrichtung die Breite und/oder den Winkel eines Ventilsitzes nur annäherungsweise auszumessen und erst recht nicht die angrenzenden Flächen eines Ventilsitzes messtechnisch zu kontrollieren.
Die DDR-Patentschrift 137 970 offenbart gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Vorrichtung zur Ermittlung des Ventileinschlages an Dieselmotoren durch die getrennte Aufnahme der Profile entlang einer Kegelmantellinie der Dichtkegelfläche an der Ventilspindel und am Ventilsitzring. Gemäß dieser Patentschrift haben die Dichtflächen der Ventilspindel und des Ventilsitzrings im Neuzustand die Form eines Kegels. Während des Motorbetriebes schlagen sich die Ventile auf einem radial begrenzten Bereich der Dichtfläche ein, wodurch sich die Form der Dichtfläche verändert. Die Aufgabe der vorbenannten Vorrichtung ist es nun die Veränderung in ihrer Form und Größe zu ermitteln um daraus Aufschluss über den Verschleiß vom Sitz der Ventilspindel und des Ventilssitzringes zu erlangen. Dazu wird ein mit einem Messgerät versehenes Gleitstück schrittweise, in Intervallen, rechtwinklig zur Kegelmantellinie über die Dichtkegelfläche des Ventils geführt. Über eine mit einer Kordelmutter verbundene Skala kann die Stellung des Messgerätes und damit die Position der zu kontrollierenden Deformation erfasst werden. Es ist demzufolge nicht vorgesehen und auch nicht möglich, mit einer solchen Vorrichtung die Ventilsitzbreite und den Ventilsitzwinkel zu erfassen, da die dafür erforderlichen Voraussetzungen nicht gegeben sind. Des Weiteren kann eine solche Vorrichtung nur zur Untersuchung einzelner Ventile im Versuchsstadium eingesetzt werden, da der Zeitaufwand vorrichtungsbedingt viel zu hoch ist, um den Anforderungen in einer modernen Serienfertigung gerecht zu werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine einfache und preiswerte Vorrichtung zu schaffen, mit der die Ventilsitzbreite, der Ventilssitzwinkel, die Ebenheit der Ventilsitzfläche, die Übergänge vom Ventilsitz zu den angrenzenden Flächen und die Winkel der angrenzenden Flächen in wenigen Sekunden kontrolliert werden können.
In der 1 der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Überprüfung der Kontur für den Ventilsitz 3 eines Werkstückes 4 dargestellt, die zunächst aus einem Meßdorn 1 besteht, der mit einem Kegelstumpf 2 versehen ist, mit dem der Meßdorn 1 auf einen in der 2 größer dargestellten Ventilsitz 3 aufgesetzt wird. Die Länge der schräg verlaufenden Fläche des Kegelstumpfes 2 ist dabei erheblich größer als die entsprechende, ebenfalls schräg verlaufende Fläche des Ventilsitzes 3. Der unterhalb des Kegelstumpfes 2 befindliche Schaft 1a des Meßdornes 1 ragt dabei in die unterhalb des Ventilsitzes 3 befindliche Schaftbohrung und zentriert so den auf dem Ventilsitz 3 aufliegenden Meßdorn 1. Der Ventilsitz 3 ist in einem Werkstück 4, beispielsweise einem Zylinderkopf, ausgebildet und besitzt – im Querschnitt gesehen – eine vorgelagerte Fläche mit einer Übergangskante 5 und eine nachfolgende Fläche mit einer Übergangskante 6. Sowohl ein Teil der vorgelagerten Fläche und die Übergangskante 5 als auch die Schräge des Ventilsitzes 3 und ein Teil der nachfolgenden Fläche sowie die Übergangskante 6 werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1 überprüft. Dazu befindet sich seitlich am Meßdorn 1 ein Gehäuse 7, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel unter einem Winkel von 45° an dem Meßdorn 1 angeschlossen ist und welches unter dem gleichen Winkel verläuft wie die Mantelfläche des Kegelstumpfes 2. Bedarfsweise kann das Gehäuse 7 schwenkbar am Meßdorn 1 befestigt sein. Der Meßdorn 1 besitzt im Anschlußbereich des Gehäuses 7 eine Ausnehmung, die jedoch in der 1 der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Das Gehäuse 7 nimmt einen in seiner Längsrichtung über einen vorgegebenen Weg verschiebbaren Schlitten 8 auf, der in die Ausnehmung des Gehäuses 7 ragt, sich gegen eine Bezugsfläche 8a abstützt und der gemäß den 3 und 4 durch eine Spindel 9 in Richtung des Doppelpfeiles 10 verschoben werden kann. Zur Drehung der Spindel 9 ist derselben ein Motor 11 mit einem Getriebe 12 zugeordnet. Die Bewegung des Schlittens 8 wird bei dem Ausführungsbeispiel der 3 durch einen Meßtaster 13 kontrolliert, der eine Schrägfläche 14 des Schlittens 8 abtastet und so die Wegmessung für den Schlitten 8 übernimmt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 ist dem Motor 11 ein Impulsgeber 15 zugeordnet, der entsprechend der Impulsrate, d. h. die Anzahl der Impulse pro mm Weg, den Weg des Schlittens 8 kontrolliert und somit mißt.
Alle Schlitten 8 gemäß den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 sind mit einem beispielsweise als induktiven Einbaumeßtaster ausgebildeten Meßwertaufnehmer 20 ausgerüstet, der mit seinem Tastelement 22 die Kontur abruft. Dabei wird der auf der Bezugsfläche 8a sich abstützende Schlitten 8 über einen vorgegebenen Weg entlang der Kontur des Ventilsitzes 3 und auch über einen Teil der vorgelagerten und nachfolgenden Fläche mit den Übergangskanten 5, 6 bewegt. Bei dieser Bewegung wird der Winkel bzw. die Winkelabweichung im Ventilsitz 3 und der angrenzenden vorgelagerten und nachfolgenden Fläche entlang des vom Tastelement 22 zurückgelegten Weges gemessen. Die Breite bzw. Länge des Ventilsitzes 3 und die Verrundungen vor und hinter dem Ventilsitz 3 sowie Unebenheiten im Bereich des Ventilsitzes 3 werden ebenfalls erfaßt. Die dabei ermittelten bzw. abgetasteten Werte werden entweder bildlich dargestellt und/oder beispielsweise einem Meßrechner zugeführt, dort verarbeitet und gegebenenfalls gespeichert.
Eine derartige Vorrichtung ermöglicht es, die Ventilsitzbreite und den Winkel des Ventilsitzes zu messen und die Übergange vom Ventilsitz zu den angrenzenden Flächen in wenigen Sekunden zu kontrollieren. Durch die Erfindung können die Meßwerte graphisch oder rechnerisch dargestellt sowie in einem Rechner abgelegt und gespeichert werden, um sie später zur Auswertung, beispielsweise in einer zweidimensionalen Darstellung oder für eine mathematischen Analyse, verfügbar zu haben. Daraus lassen sich dann die Parameter einzeln und im Verhältnis zueinander ermitteln und bewerten. So kann unter Zuhilfenahme eines sogenannten Einstellmeisters auch der Ventilsitzwinkel exakt bestimmt werden, da der Meßschlitten bei der Kalibrierung und bei der Werkstückmessung entlang dergleichen Bezugfläche verfahren wird.
Weitere Merkmale einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 offenbart.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Aufrißdarstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
2 einen Detailausschnitt der Vorrichtung nach dem Aufsetzen auf einen Ventilsitz,
3 eine Ausgestaltung eines Meßschlittens der Vorrichtung der 1,
4 eine andere Ausgestaltung eines Meßschlittens gemäß der Erfindung,
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, dass der Messschlitten in einem seitlich am Messdorn befindlichen Gehäuse angeordnet und durch einen Motor mit Spindel über einen vorgegebenen, sich beidseitig über die Breite des Ventilsitzes hinaus erstreckenden und durch ein Messgerät kontrollierbaren Weg verschiebbar ist und dass das Messgerät und der Messwertaufnehmer mit einem Messrechner zur Ermittlung der Breite, des Winkels und der Ebenheit des Ventilsitzes sowie der Übergänge vom Ventilsitz zu den angrenzenden, vorgelagerten und/oder nachgeordneten Flächen und/oder deren Winkel verbunden sind.

Claims

Vorrichtung zur Überprüfung der Breite, des Winkels und der angrenzende Flächen eines Ventilsitzes eines Zylinderkopfes, bestehend aus einem auf den Ventilsitz aufsetzbaren, sich dort mit Hilfe eines in die Ventilschaftbohrung ragenden Schaftes selbst zentrierenden Messdorn und aus einem auf einem Messschlitten parallel zum Ventilsitz verschiebbaren Messwertaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschlitten (8) in einem seitlich am Messdorn (1) befindlichen Gehäuse (7) angeordnet und durch einen Motor (11) mit Spindel (9) über einen vorgegebenen, sich beidseitig über die Breite des Ventilsitzes (3) hinaus erstreckenden und durch ein Messgerät (13, 15) kontrollierbaren Weg verschiebbar ist und dass das Messgerät (13, 15) und der Messwertaufnehmer (20) mit einem Messrechner zur Ermittlung der Breite, des Winkels und der Ebenheit des Ventilsitzes (3) sowie der Übergänge vom Ventilsitz (3) zu den angrenzenden, vorgelagerten und nachgeordneten Flächen und deren Winkel verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Messschlitten (8) eine Bezugsfläche (8a) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (20) als induktiver Einbaumesstaster ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (20) mit einem als kegelförmige Diamantspitze ausgebildeten Tastelement (22) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschlitten (8) eine mit dem Messtaster (13) zusammenwirkende Schrägfläche (14) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Motor (11) ein Impulsgeber (15) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Messschlitten (8) ein digitaler Messstab mit Lesekopf zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschlitten (8) schwenkbar mit dem Messdorn (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschlitten (8) federelastisch auf der Bezugsfläche (8a) abstützbar ausgebildet ist.