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Vorrichtung zur Kontrolle der Geo-
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metrie einer Ventilsitzringfase Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art. Es ist bekannt, die Geometrie
- Rundheit, Mittenversatz und in gewissem Maße auch die Rautiefe - der Fase eines
Ventilsitzringes mittels eines starren Lehrdorns oder mittels eines Tuschierdorns
in einer Meßmaschine zu ermitteln. Abgesehen davon, daß diese Vorrichtungen nicht
die erforderliche Meßgenauigkeit besitzen, erfordern sie zur Durchführung der Kontrolle
einen erheblichen Zeitaufwand, der insbesondere bei der Serienfertigung von Brennkraftmaschinen
nicht vertretbar ist.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei hoher Genauigkeit eine schnelle
Kontrolle bzw. Messung der Geometrie (im Sinne der oben gegebenen Definition) der
Fase von Ventilsitzringen im eingebauten Zustand derselben gestattet. Die erfindungsgemäße
Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Hauptanspruchs;
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Ermittlung der Durchmesser von Bohrungen sowie der Kegelwinkel
von im Längsschnitt konischen Löchern durch Erzeugen und Ermitteln einer diesen
Größen jeweils entsprechenden Druckmittelströmung, in der Regel einer Druckluftströmung,
ist im Prinzip bekannt; siehe das Bosch Handbuch für Pneumatik, Seiten 21 bis 26.
Zur Ermittlung des mittleren Durchmessers einer Bohrung findet eine Düsenanordnung
mit mehreren, sternförmig von einem zentralen Druckluftkanal abgehenden, in einer
Querebene der Bohrung liegenden Düsen Einsatz, und der sich in Abhängigkeit von
dem Abstand zwischen den einzelnen Düsen einerseits und der Begrenzungswand der
Bohrung andererseits einstellende Druck ist ein Maß für den mittleren Durchmesser
der Bohrung. Zur Ermittlung des Kegelwinkels dient eine Sonde mit zwei axial gegeneinander
versetzten Düsengruppen, und der Differenzdruck zwischen den beiden Düsengruppen
dient als Maß für die Güte der Einhaltung des vorgegebenen Kegelwinkels. In allen
beschriebenen Fällen finden also in einer Ebene quer zur Längsachse des Prüflings
(Bohrung, Kegel) liegende Düsenanordnungen aus mehreren separaten Düsen Verwendung.
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Ferner erfolgt die Anwendung der bekannten Sonden so, daß die Wand
der Bohrung bzw. des Kegels den Düsen stets mit einem kleinen Spalt gegenübersteht.
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In Abweichung von diesen bekannten Anordnungen weist der erfindungsgemäße
Meßdorn zumindest eine umlaufende spaltförmige Ringdüse mit vorgegebener Spaltweite
- bei einer ausgeführten Vorrichtung 0,03 mm -auf, und die Dimensionierung des Meßdorns
ist so getroffen, daß seine die zumindest eine Ringdüse tragende Ringfläche auf
einem festgelegten Durchmesser der Ventilsitzfase zur Auflage gelangt. Im Idealfall
dichtet die Ventilsitzfase die Ringdüse vollständig ab, so daß dann kein Durchfluß
des Druckmittels, vorzugsweise Druckluft, auftritt, der zweckmäßigerweise als Druck
an der Ringdüse ermittelt wird.
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Jede Abweichung von der idealen Geometrie der Ventilsitzfase führt
dagegen zu einer "Undichtigkeit" in Form eines endlichen Spalts
zwischen
der Ringfläche des Meßdorns einerseits und der Ventil sitzfase andererseits, so
daß dann ein Durchfluß gemessen wird. Aus dieser Beschreibung wird ein grundlegender
Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ersichtlich, der in der "funktionsgerechten"
Messung am Ventilsitz zu sehen ist. Der Meßdorn bildet gleichsam den Ventilkörper
nach, und meßtechnisch erfaßt werden gleichsam Undichtigkeiten darstellende Spalte
zwischen diesem "Ventilkörper" einerseits und dem zugehörigen Ventilsitz andererseits.
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Im Prinzip könnte man die mit der zumindest einen Ringdüse versehene
Ringfläche eben ausführen, so daß sie gleichsam auf einer Kegelfläche mit demselben
Kegelwinkel wie die Ventilsitzfase liegt. Bei dieser ebenen Ausbildung der Ringfläche
bestünde aber die Gefahr, daß durch Auflage der Ringfläche auf einem Punkt ein Spalt
zwischen der Ringdüse und der Ventilsitzfase erzeugt werden würde, der zu einem
falschen Meßergebnis führte. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, gemäß Anspruch
2 die Ringfläche ballig auszuführen, und zwar sie als Bestandteil einer Kugelfläche
auszuführen, deren Durchmesser so gewählt ist, daß die Kugelfläche - und damit die
ballige Ringfläche -die Ventilsitzfase nur im Bereich eines bestimmten Durchmessers
berührt, wo sich auch die Ringdüse befindet. Bei Vorhandensein von zwei Ringdüsen,
wie sie zum Zwecke der nach dem Differenzdruckverfahren erfolgenden Winkelmessung
erforderlich sind, wird man diesen Durchmesser so wählen bzw. die Durchmesser der
Austritte der beiden Ringdüsen so wählen, daß die Ringfläche zwischen den beiden
Ringdüsen zur Auflage auf der Ventilsitzfase kommt.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
der Figuren erläutert, von denen Figur 1 die gesamte Vorrichtung mit einem nur eine
Ringdüse aufweisenden Meßdorn wiedergibt, während Figur 4 einen Längsschnitt durch
eine Meßdüse mit zwei Ringdüsen zeigt.
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Die Figuren 2 und 3 zeigen stark vergrößert die Verhältnisse im Berührungsbereich
der
Ringfläche des Meßdorns und der Ventilsitzfase bei Vorliegen von Spalten bzw. Abständen
zwischen beiden.
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Betrachtet man zunächst Figur 1, so besteht die Vorrichtung im wesentlichen
aus dem allgemein mit 1 bezeichneten Meßdorn, der mit seiner ballig mit dem Radius
R ausgeführten Ringfläche 2 auf der den Prüfling darstellenden Ventilsitzfase 3
aufliegt, dem Druckluftbehälter 4 mit nachgeschaltetem Luftfilter 5, dem Feinregler
6, der verstellbaren Drossel 7 und dem Manometer 8, das den Druck der Druckluft
am Eintritt des Meßdorns 1 als Maß für die Ausströmung der Luft aus der Ringdüse
9 und damit für Undichtigkeiten" zwischen Ringfläche 2 und Ventilsitzfase 3 ermittelt.
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Der Meßdorn 1 besteht aus zwei ineinandergesteckten Hauptbestandteilen
10 und 11, die an der balligen Ringfläche 2 die spaltförmige umlaufende Ringdüse
9 zwischen sich einschließen. Die Druckluftzuführung zur Ringdüse 9 erfolgt über
den Längskanal 12 in dem inneren Bestandteil 11 des Meßdorns 1 sowie in diesem Ausführungsbeispiel
zwei sich senkrecht durchsetzende Durchmesserkanäle 13 und 14, die auf dem Umfang
des inneren Hauptbestandteils 11 der Meßdüse 1 in den umlaufenden Ringkanal 15 einmünden.
Dieser Ringkanal steht seinerseits in Verbindung mit der Ringdüse 9.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist der innere Hauptbestandteil 11
der Düse 1 den Fortsatz 16 auf, der in eine nicht dargestellte Ventilstößelführung
hineinragt, so daß sich bei einem axialen Versatz von Ventilstößelführung und Ventilsitzfase
3 ein Spalt zwischen dieser und der Ringfläche 2 ergibt, der eine Anzeige am Manometer
8 liefert.
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Andere Meßdorne gemäß der Erfindung weisen diesen Fortsatz 16 nicht
auf. Sie erfassen daher nicht den beschriebenen Mittenversatz, wohl aber Unrundheiten
der Ventilsitzfase 3 sowie Oberflächenfehler derselben,
die zu einer
Durchströmung der Ringdüse 9 führen. Da auch mit, dem Fortsatz 16 versehebe Meßdorne
verständlicherweise bei Unrundheiten bzw. schlechter Oberfläche der Ventilsitzfase
3 durchströmt werden, ist es, wenn man Aufschluß über die Art des Fehlers haben
will, erforderlich, ein Verfahren anzuwenden, bei dem nacheinander ein Meßdorn mit
und ein Meßdorn ohne Fortsatz Einsatz finden. Ergibt sich mit beiden Meßdornen eine
Durchströmung, so liegt eine Unrundheit bzw. ein Oberflächenfehler vor; ergibt sich
nur bei Einsatz des mit dem Fortsatz versehenen Meßdorns eine Durchströmung, so
liegt ein Mittenversatz vor, d.h. die Achse der Ventilsitzfase fällt nicht zusammen
mit der Ventilachse.
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Der Radius R der Kugelfläche, auf der die Ringfläche 2 liegt, ist
so gewählt, daß die Ringfläche 2 dort zur Auflage auf der Ventilsitzfase 3 kommt.
Dies ist vergrößert in Figur 2 dargestellt. Hier ist angenommen, daß infolge einer
Abweichung von der vorgeschriebenen Geometrie sich zwischen dem Austritt 9' der
Ringdüse 9 einerseits und der Ventilsitzfase 3 andererseits ein Spalt s gebildet
hat, so daß Druckluft in einer Menge ausströmen kann, die der Größe des Spalts s
entspricht.
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Sofern zur Messung des Winkels der in Figur 3 mit 20 bezeichneten
Ventilsitzfase zwei in einem kleinen axialen Abstand a aufeinanderfolgende Ringdüsen
21 und 22 Verwendung finden, sind sie bezüglich der Zone der Berührung zwischen
Ventilsitzfase 20 und Ringfläche 23 so angeordnet, daß diese Berührungszone zwischen
ihnen verläuft. Der Abstand a richtet sich in seiner Größe nach dem jeweiligen Einsatzfall;
bei einer ausgeführten Vorrichtung beträgt er 0,7 mm. Sofern der Winkel der Ventilsitzfase
20 gegen die Ventilachse von seinem vorgeschriebenem Wert abweicht, der gegeben
ist durch die Verbindungslinie 24 der Austrittsflächen der Ringdüsen 21 und 22,
stellen sich Abstände oder Spalte s1 und s2 unterschiedlicher Größe zwischen den
Ringdüsen 21 und 22 einerseits sowie der Ventilsitzfase 20 andererseits
ein,
die unterschiedliche Aus strömungen aus den beiden Ringdüsen und damit unterschiedliche
Drücke zur Folge haben; der Differenzdruck ist demgemäß ein Maß für die Abweichung
des Winkels von seinem Sollwert.
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Ein zur Durchführung einer derartigen Messung geeigneter Meßdorn ist
in Figur 4 im Längsschnitt und in Figur 5 in dem in Figur 4 mit V-V bezeichneten
Querschnitt dargestellt.
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Der Meßdorn besteht hier im wesentlichen aus vier Hauptbestandteilen:
Der Griff 30 ist auf den Verteilerkörper 31 aufgeschraubt, der seinerseits zwischen
sich und dem mit dem Fortsatz 32 versehenen Mittelstück 33 das im wesentlichen kegelförmige
Teil 34 einschließt, und zwar so, daß beiderseits des freien Endbereichs des Teils
34 die beiden feinen Ringspalte 35 und 36 gewahrt sind. Der Meßdorn liegt wiederum
mit einer balligen Ringfläche 37 auf der bei 38 angedeuteten, zu prüfenden Ventilsitzfläche
auf.
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Der Griff 30 ist hohl ausgeführt, so daß er einen gemeinsamen Zuführungskanal
39 für das Druckmedium, hier Druckluft, zu den beiden Ringspalten 35 und 36 umschließt.
Die Aufteilung in zwei Strömungskanäle erfolgt innerhalb des Teils 31 dort finden
sich in ringförmiger Anordnung (siehe Figur 5) mehrere Strömungskanäle 40, die in
die äußere spaltförmige Ringdüse 36 einmünden, während in das Teil 33 ein axialer
Kanal 41 eingearbeitet ist, von dem in diesem Ausführungsbeispiel vier radiale Kanäle
42 (siehe Figur 5) die Verbindung zu der inneren umlaufenden Ringdüse 35 herstellen.
Diese beiden Leitungs- oder Kanalsysteme sind angeschlossen an jeweils einen Eingang
des nicht gezeichneten Differenzdruckmessers.
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Verständlicherweise kann man diesen Meßdorn nicht nur zur Kegelwinkelmessung,
also zur Kontrolle der Neigung der Ventilsitzfase 38 gegen die Achse 43, verwenden,
sondern durch Abschalten eines der
beschriebenen Kanal systeme
von der Druckluftzuführung auch für Messungen, die nur eine der beiden spaltförmigen
Ringdiisen 35 und 36 erfordern. Man wird dann also nur den zentralen Kanal 41 mit
der Druckluftquelle verbinden, dagegen die zu der äußeren spaltförmigen Ringdüse
36 führenden Kanäle von der Druckluftquelle abgeschaltet lassen.
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Ergibt sich bei der Differenzdruckmessung mit der Düse gemäß den Figuren
4 und 5 eine Änderung des Drucks in beiden Kanalsystemen, d.h.
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an beiden Ringdüsen 35 und 36, so ist dies ein Zeichen für eine Ovalität
der Ventilsitzfase.
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Wie sich im praktischen Einsatz gezeigt hat, besitzt die erfindungsgemäße
Vorrichtung infolge der Verwendung umlaufender spaltförmiger Ringdüsen eine überraschend
hohe Meßgenauigkeit. Die Prüfung mit dieser Vorrichtung ist auch sehr realitätsbezogen,
da sie die Verhältnisse im Betrieb des mit dem betreffenden Ventil sitz ausgerüsteten
Ventils gleichsam nachbildet.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäße Meßdorn
mit zumindest einer Ringdüse zur Kontrolle nicht nur, wie anhand der Figuren beschrieben,
von Innenfasen, sondern auch von Außenfasen Einsatz finden kann.