DE2836925C3 - Vorrichtung zur Kontrolle der Geometrie einer Ventilsitzringfase - Google Patents

Description

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 tines Ventilsitzringes mittels eines starren Lehrdorns Oder mittels eines Tuschierdorns in einer Meßmaschine tu ermitteln. Abgesehen davon, daß diese Vorrichtungen nicht die erforderliche Meßgenauigkeit besitzen, trfordern sie zur Durchführung der Kontrolle einen trheülichen Zeitaufwand, der insbesondere bei der Serienfertigung von Brennkraftmaschinen nicht vertretbar ist.

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.

Die Ermittlung der Durchmesser von Bohrungen sowie der Kegelwinkel von im Längsschnitt konischen Löchern durch Erzeugen und Ermitteln einer dieser Größen jeweils entsprechenden Druckmittelströmung, in der Regel einer Druckluftströmung, ist im Prinzip bekannt; siehe die Boich Längenmeßtechnik, Informationen 1970/71, 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. Ferner erfolgt die Anwendung der bekannten Sonden so, daß die Wand der Bohrung bzw. des Kegels den Düsen stets mit einem kleinen Spalt gegenübersteht.

In Abweichung vo.r 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 M^ßdorns 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 ermitielt wird, lede Abweichung von der idealen Geometrie der Ventilsiu.'jse führt dagegen zu einer »Undichtigkeit« in Form eines endlichen Spalts zwischen der Ringfläche des Meßdorns einerseits und der Ventilsitzfase andererseits, so daß dann ein Durchfluß gemessen wird. Aus dieser Beschreibung wird ein grundlegender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ersieh ■ ich. der in der »funktionsgerechten« Messung am Ventilsitz ?u sehen ist. Der Meßdorn bildet gleichsam den Ventilkörper nach, und meßtechniscl· erfaßt werden gleichsam Undichtigkeiten darstellende Spalte /wischen diesem »Ventilkorper« einerseits und dem zugehörigen Ventilsitz andererseits.

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

Pifferenzdruckverfahren 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.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren erläutert, von denen F i g. 1 die gesamte Vorrichtung mit einem nur eine Ringdüse aufweisenden Meßdorn wiedergibt, während F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine Meßdüse mit zwei Ringdüsen zeigt. Die Fig.2 und 3 zeigen stark vergröbert die Verhältnisse im Berührungsbereich der Ringfläche des Meßdorns und der Ventilsitzfase bei Vorliegen von Spalten bzw. Abständen zwischen beiden.

Betrachtet man zunächst Fig. 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 δ, der verstellbaren Drossel 7 und dem Manometer 8, das den Druck der Druckluft ar;. Eintritt des Meßdorns 1 als Maß für die Ausströmung der Luft aus der Ringdüse 9 und damit für »Undichtigkeiten« zwischen Ringfläche 2 und Ventilsit/fase 3 ermittelt.

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.

In diesem Ausführungsbeispiel weist der innere Hauptbestandteil U der Düse 1 den Fortsatz 16 auf. der in eine nicht dargestellte Ventilstößelführung hineinragt, so daC 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.

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 führer. Da auch mit dein Fortsatz 16 versehene Meßdorne verständlicherweise bei L'.irundheiten b/w. schlechter Oberfläche der Ventilsit/fase 3 durchströmt werden, ist es. wenn ma.ι Aufschluß über die Art des Fehlers haben will, erforderlich, ein Verfahren anzuwenden, bei dem nacheinander ein Meßdorn mit und ein Meßdorn ohne Fortsatz E.nsatz 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.

Der Radius R der kugelfläche, auf der die Ringfläche 1 liegt, ist so gewählt, daß die Ringfläche 2 dort zur Auflage auf der Ventilsitzfase 3 kommt. Dies ist vergrößert in Fi g. 2 dargestellt. Hier ist angenommen, daß infolge einer Abweichung von der vorgeschriebenen Geometrie sicii zv.ixhen dem Austritt 9' der

Ringdüse 9 einerseits u>d der Ventilsitzfase 3 andererseits ein Spalt s gebildet hat, so daß Druckluft in einer Menge ausströmen kann, die der Größe des Spalts s entspricht.

Sofern zur Messung des Winkels der in F i g. 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 s 1 und s2 unterschiedlicher Größe zwischen den Ringdüsen 21 und 22 einerseits sowie der Ventilsitzfase 20 andererseits ein, die unterschiedliche Ausströmungen aus den beiden Ringdüsen und dami unterschiedliche Drücke zur Folge haben; der Differonzdruck ist demgemäß ein Maß für die Abweichung des Winkels von seinem Sollwert.

Ein zur Durchführung einer derartigen Messur.g geeigneter Meßdorn ist in F i g. 4 im Längsschnitt und in Fig. 5 in dem in Fig.4 mit V-V bezeichneten Querschnitt dargestell'.

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 be-derseits des freien Endbereichs des Teils 34 die beiden !einen Ringspalte 35 und 36 gewahrt sind. Der Meßdorn liegt wiederum mit einer balligen Ringfläche 37 auf der bei 38 angedeuteten, zu prüfenden Ventilsitzfläche auf.

Der Griff 30 ist hohl ausgeführt, so daß er rinen gemeinsamen Zuführungskanal 39 für das Druckmedium, hier Druckluft, zu den beiden Ringspalten 35 und 36 ums· hließt. Die Aufteilung in zwei Strömungskanäle erfolgt innerhalb des Teils 31; dort finden sich in ringförmiger Anordnung (siehe F i g. 5) mehrere Strömungskanäle 40, die in die äußere spaitförmige Ringdüse 36 einmünden, während in das Teil 33 ein axialer Kanal 41 eingearbeitet ist, von dem in diesem Ausführungsbeispiel vier radiale Kanäle 42 (siehe F i g. 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.

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 eier beschriebenen Kanalsysteme von der D^ruckluftzuführung auch für Messungen, die nur eine der beiden spaltförmigen Ringdüsen 35 und 36 erfordern. Man wird dann also nur d η zentralen Kanal 41 mit der Druckluftquelle verbinden, dagegen die zu der äußeren spaltförmigen Ringdüse 36 führenden Kanäle von der Druckluftquelle abgeschaltet lassen.

Ergibt sich bei der Differenzdruckmessung mit der Düse gemäß den Fig.4 und 5 eine Änderung des Drucks in beiden /Canalsystemen, d. h. an beiden Ringdüsen 35 und 36, so ist dies ein Zeichen für eine Ovalität der Ventilsitzfase.

Wie sich im praktischen Einsatz gezeigt hat. besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung infolge der Verwendung umlaufender spallförmiger Ringdüsen eine überraschend hohe Meßgenauigkeit. Die Prüfung mit dieser Vorrichtung ist auch sehr realitätsbezogen. da sie die Verhältnisse im Betrieb des mit dem betreffenden Ventilsitz ausgerüsteten Ventil", gleichsam nachgebildet. Abschließend sei darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemaße Meßdorn mit zumindest einer Ringdüse zur Kontrolle nicht nur. wie anhand der figuren beschrieben, von Innenfasen, sondern auch von Außenfasen Kinsat/ finden kann.

Hierzu 2 Blatt Zcichnunivn

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Kontrolle der Geometrie der Fase eines eingebauten Ventilsitzringes, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einem Lehrdorn, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer Druckmittelquelle (4) in Verbindung stehende Dorn als Meßdorn (1) mit zumindest einer umlaufenden spaltförmigen Ringdüse (9) vorgegebener Spaltweite auf einer zur Anlage auf der Fase (3) bestimmten Ringfläche (2) versehen ist und mit ihm ein Meßinstrument (8) zur Erfassung einer den Durchsatz des Druckmittels durch den Meßdorn (1) wiedergebenden Größe verbunden ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (2) auf einer Kugelfläche liegt, die die Fase (3) im Bereich der Ringdüse (9) berührt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei koaxiale umlaufende spaltförmige Ringdüse r, (35,36) mit vorgegebenen Spaltweiten auf der Ringfläche (37) sowie durch ein Meßinstrument zur Erfassung der Differenz des Drucks des Druckmittels an beiden Ringdüsen (35, 36) im Meßdorn.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdorn einen axialen Fortsatz (32) zum Einsetzen in eine Ventilstößelführung aufweist.

5. Vornchtung nach Anspruch 3 oder den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdor ■· einen einen Hohlraum (39) zur Druckmittelzuführung umschließenden, mit einem Verteilerkör per (31) verbundenen Griff (30) sowie ein teilweise innerhalb da Ve^rteilerkörpers (31) verlaufendes Mittelstück (33) enthält, wobei Verteilerkörper (31) und Mittelstück (33) gemeinsam die Ringfläche (37) bilden und dort zwischen sich einen Ringspalt einschließen, der durch einen hohlkegelförmigen Distanzring (34) in die beiden Ringdüsen (35,36) unterteilt ist. in die Zuführungskanäle (40,42) für das Druckmittel im Verteilerkörper (31) bzw. im Mittelstück (33) einmünden.