DE3925043A1

DE3925043A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von dichtflaechen an ventilen

Info

Publication number: DE3925043A1
Application number: DE3925043A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Schweizer; Werner Sefz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1990-03-08
Also published as: US5315792A; DE3925043C2; KR900003528A; GB2222103A; FR2635708B1; AU610014B2; GB8918847D0; ES2014891A6; IT8921508A0; JP2804107B2; BR8904284A; GB2222103B; KR0139416B1; JPH033769A; FR2635708A1; IT1231496B; US5303509A; AU4021489A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Gattung der Ansprüche 1 bzw. 3 bzw. 5. Zur Erzielung einer besseren Dichtheit von Kraftstoffeinspritzventilen ist bereits fir menintern vorgesehen worden, den Ventilsitzkörper in einer Halteein heit einzuspannen und das bewegliche Ventilteil unter Pressung an die Ventilsitzfläche zur Anlage zu bringen und gegenüber dieser un ter Einsatz eines Läppmittels in Rotation zu versetzen. Die hierbei erzielte Oberflächengüte an der Ventilsitzfläche und dem Dichtsitz des beweglichen Ventilteiles ist jedoch bei einer nicht unerhebli chen Anzahl der so behandelten Ventilgruppen (bewegliches Ventilteil und Ventilsitzkörper) noch nicht befriedigend für ausreichend lange Dichtheit, denn nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine soll bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil und nicht arbeitender Kraft stoffeinspritzanlage aus Sicherheitsgründen und wegen des Bedürfnis ses einer schnellen Betriebsbereitschaft das Auslecken und Ausdamp fen von Kraftstoff am Kraftstoffeinspritzventil möglichst über Stun den hinweg verhindert werden.

Es ist auch bereits bekannt, durch Läppen unter Verwendung von Läpp mittel die Oberflächengüte von Teilen zu verbessern, insbesondere kann dies auch durch ein sogenanntes Schwingläppen erfolgen, bei dem mittels Hochfrequenzschwingungen gearbeitet wird (Dubbels Taschen buch für den Maschinenbau, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 1966, 12. Auflage, 2. Band, Seite 659).

Bekannt ist ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ein schleifen von Hähnen (DE-PS 6 39 666), wobei eines der Teile so ein gespannt ist, daß es sich um eine Längsachse drehen und quer zur Längsachse neigen und verschieben läßt, aber in Richtung der Längs achse festgelegt ist, während das andere Teil eine zwangsgeführte Dreh- und Hubbewegung um die bzw. in Richtung der Längsachse aus führt und zwischen den Teilen Schleifmittel aufgetragen wird. Dabei führt das die zwangsgeführte Dreh- und Hubbewegung ausführende Teil eine langhubige und niederfrequente reibende Bewegung entlang einer steilen Schraubenlinie der gesamten Mantelfläche des anderen Teiles aus, auf das diese Hubbewegung nicht übertagen wird. Hierdurch wer den wellenförmige Abweichungen der Kegelfäche-Erzeugenden weitestge hend vermieden, jedoch verbleiben die bekannten groben Schleifspuren eines derartigen Verfahrens in Axial- und Rotationsrichtung, die keine hohen Dichtigkeitsanforderungen erfüllen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. den kenn zeichnenden Merkmalen des Anspruches 3 bzw. den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 5 hat demgegenüber den Vorteil, daß sich auf einfache Art und Weise eine hohe Oberflächengüte des Dichtsitzes am beweglichen Ventilteil und der Ventilsitzfläche am Ventilsitzkör per erzielen läßt, die eine ausreichend lange Dichtheit des Ventiles im Gebrauch gewährleistet, wobei der Anteil der Ventilgruppen (be wegliches Ventilteil und Ventilsitzkörper) mit nicht ausreichender Dichtheit, bei denen eine Nacharbeit erforderlich ist oder die Aus schuß darstellen, unter 1% liegt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die gleichzeitige Anregung des Ventilsitzkörpers und des beweglichen Ventilteiles durch eine hochfrequente Schwingung unter Zwischenschaltung des auf geschlämmten feinkörnigen Läppmittels zu einer Feinstabtragung am Dichtsitz des Ventilteiles und an der Ventilsitzfläche führt, die eine quasi amorphe Oberflächenstruktur zur Folge hat, so daß die üb licherweise bekannten Läpp- bzw. Schleifstrukturen auch bei 1000fa cher Vergrößerung nicht vorhanden sind. Das bewegliche Ventilteil und der Ventilsitzkörper schwingen zwar mit gleicher Frequenz, je doch mit unterschiedlicher Amplitude, so daß im Dichtsitzspalt ein Pumpeffekt auftritt, der dort eine axiale Relativbewegung des Läpp mittels bewirkt, so daß an den begrenzenden Flächen der beschriebene Effekt der Feinstabtragung ohne die bekannten gerichteten Oberflä chenstrukturen erfolgt.

Der beschriebene Effekt der Feinstabtragung im Dichtsitzspalt zwi schen dem beweglichen Ventilteil und dem Ventilsitzkörper tritt be reits auf, wenn diese beiden Teile nur aufgrund ihres Eigengewichtes aufeinander liegen. Eine zusätzliche Kraft auf das bewegliche Ven tilteil in Richtung zur Ventilsitzfläche ist somit zur Erreichung des erfindungsgemäßen Zieles zunächst nicht erforderlich, sie kann jedoch zu einer Verbesserung des Ergebnisses führen. Dabei sollte diese zusätzliche Kraft natürlich ebenfalls ein Element des schwing fähigen Mehrmassensystemes darstellen. Durch die in den Ansprüchen 2, 4 und 6 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 und 5 angegebenen Verfahrens bzw. der im Anspruch 3 angegebenen Vorrichtung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung verein facht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu tert.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In der Zeichnung ist beispielhaft eine Ventilgruppe 1 gezeigt, die Teil eines nicht näher dargestellten Kraftstoffeinspritzventiles für Kraftstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen sein kann. Die gezeigte Ventilgruppe 1 kann bei spielsweise Verwendung finden in einem Kraftstoffeinspritzventil nach der DE-OS 24 58 728 bzw. der korrespondierenden US-PS 40 07 880. Die Ventilgruppe 1 wird gebildet aus einem Ventilsitzkör per 2 und einem beweglichen Ventilteil 3. Der metallene Ventilsitz körper 2 weist einen Bund 5 auf, zu dem hin eine koaxial zu einer Drehachse 6 verlaufende Führungsbohrung 7 offen ist. Dem Bund 5 ab gewandt schließt sich an die Führungsbohrung 7 eine fertigungstech nisch bedingte Erweiterung 9 an, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Führungsbohrung 7 ist. Von der Erweiterung 9 geht eine sich konisch verjüngende Ventilsitzfläche 10 innerhalb des Ven tilsitzkörpers 2 aus, die an einer sich anschließenden und an einer Stirnfläche 11 mündenden Abspritzöffnung 13 endet. Das als Nadel ausgebildete bewegliche Ventilteil 3 ist in die Führungsbohrung 7 des Ventilsitzkörpers 2 eingesetzt und wird darin mittels eines un teren Führungsabschnittes 14 und eines oberen Führungsabschnittes 15 geführt. Zwischen den Führungsabschnitten 14, 15 ist ein im Durch messer reduzierter Verbindungsabschnitt 17 am beweglichen Ventilteil 3 vorgesehen. Das bewegliche Ventilteil 3 ragt mit einem Hals 18 aus der Führungsbohrung 7 heraus, mit dem ein Anker 19 verbunden ist. Dem Anker 19 abgewandt weist das bewegliche Ventilteil 3 im Anschluß an den unteren Führungsabschnitt 14 einen zylindrischen Abschnitt 21 auf, an den sich dem unteren Führungsabschnitt 14 abgewandt ein schmaler, konisch verlaufender Dichtsitz 22 anschließt, der in einen sich konisch verjüngenden Kegelabschnitt 23 übergeht. Der Dichtsitz 22 des beweglichen Ventilteiles 3 liegt bei geschlossenem Kraft stoffeinspritzventil direkt und dichtend an der Ventilsitzfläche 10 des Ventilsitzkörpers 2 an. An den Kegelabschnitt 23 schließt sich eine in bekannter Weise ausgebildete Nadelspitze 25 an, die die Ab spritzöffnung 13 durchragt. Die Führungsabschnitte 14, 15 weisen an ihrem Umfang Durchströmöffnungen 26 auf, welche beispielsweise als Flächen ausgebildet sein können und den Führungsabschnitten die Form von beispielsweise Vierkanten geben. Der Verbindungsabschnitt 17 des beweglichen Ventilteiles 3 begrenzt in radialer Richtung zusammen mit der Führungsbohrung 7 einen ringförmigen Strömungskanal 27. Das bewegliche Ventilteil 3 kann ebenfalls aus Metall gefertigt sein.

Zur erfindungsgemäßen Herstellung von Dichtflächen hoher Oberflä chengüte an Ventilen ist eine Vorrichtung vorgesehen, die auf einem Arbeitsmaschinentisch 31 angeordnet und mittels eines Befestigungs teiles 32 fest mit diesem verbunden ist, das einen Schwingungserzeu ger 33 trägt. Der Schwingungserzeuger 33 ist beispielsweise als mag netostriktiver Schwinger ausgebildet und wandelt elektrische Schwin gungen im Ultraschallbereich, also hochfrequente Schwingungen in mechanische Schwingungen kleiner Amplitude um. Der Schwingungserzeu ger 33 ist elektrisch mit einem Hochfrequenzgenerator 35 verbunden und wird durch diesen beispielsweise in einen Bereich zwischen etwa 20 und 30 kHz, also im Ultraschallbereich, erregt und führt dabei Schwingungsamplituden etwa zwischen 3 und 20 µm aus. Beispiels weise mittels Schrauben 36 ist an dem Schwingungserzeuger 33 eine Halteeinheit 37 befestigt. Die Halteeinheit 37 setzt sich zusammen aus einem Aufnahmekörper 39, der eine Aufnahmebohrung 40 hat, die zu einer dem Schwingungserzeuger 33 abgewandten Anlagestirnfläche 41 des Aufnahmekörpers 39 hin offen ist. Von der Anlagestirnfläche 41 ausgehend in Richtung zum Schwingungserzeuger 33 hin ist der Mantel des Aufnahmekörpers 39 mit einem Außengewinde 43 versehen. Auf das Außengewinde 43 des Aufnahmekörpers 39 ist als zweites Teil der Hal teeinheit 37 eine Überwurfmutter 44 mit einem Innengewinde 45 ge schraubt. Die Ausgestaltung der Halteinheit 37 in der beschriebenen Form von Aufnahmekörper 39 und Überwurfmutter 44 ist nur beispiels haft. Natürlich kann die Halteeinheit auch in jeder anderen zweckmä ßigen Form gestaltet sein und eine Klemmverbindung, Bajonettverbin dung oder ähnliches aufweisen.

Zur Durchführung des Verfahrens wird der beispielsweise dargestellte Ventilsitzkörper 2 mit seinem zylindrischen Bereich in die Aufnahme bohrung 40 des Aufnahmekörpers 39 eingeschoben, bis der mit einem größeren Durchmesser versehene Bund 5 zur Anlage an der Anlagestirn fläche 41 kommt. Anschließend wird die Überwurfmutter 44 auf den Aufnahmekörper 39 aufgeschraubt und preßt den Bund 5 mit einem die sen übergreifenden Boden 47 verdrehfest gegen die Anlagestirnfläche 41. Wie bereits erwähnt, kann die Halteeinheit auch in jeder anderen geeigneten Form zur drehfesten Halterung des Ventilsitzkörpers 2 ausgebildet sein. Durch eine Durchgangsbohrung 48 im Boden 47 wird das als Nadel ausgebildete bewegliche Ventilteil 3 hindurchgeführt und in die Führungsbohrung 7 des Ventilsitzkörpers eingesetzt, wobei der Dichtsitz 22 an der Ventilsitzfläche 10 zur Anlage kommt.

An dem aus der Halteeinheit 37 herausragenden Ende des beweglichen Ventilteiles 3, beispielsweise an dem mit dem beweglichen Ventilteil 3 verbundenen Anker 19, greift zur Durchführung des erfindungsgemä ßen Verfahrens ein Kupplungskörper 49 so fest an, daß eine von einer Dreheinheit 51, beispielsweise einem Elektromotor, auf den Kupp lungskörper 49 übertragene Drehbewegung um die Drehachse 6 von dem Anker 19 und damit dem beweglichen Ventilteil 3 mitgemacht wird. Der Kupplungskörper kann beispielsweise eine zylindrisch oder konisch verlaufende Kupplungsbohrung 52 aufweisen, in der der Anker 19 ver klemmt oder durch Reibschluß angekoppelt wird. Zur Herstellung der Wirkverbindung zwischen der Dreheinheit 51 und dem beweglichen Ven tilteil 3 ist die Dreheinheit 51 gemeinsam mit dem Kupplungskörper 49 in der durch den Doppelpfeil 53 gekennzeichneten Weise vertikal bewegbar gelagert. In vorteilhafter Weise wird während der Durchfüh rung des Verfahrens das bewegliche Ventilteil 3 durch eine Kraft in Richtung zur Ventilsitzfläche 10 beaufschlagt. Diese Kraft ist opti mal anpaßbar und abhängig von dem Durchmesser des Dichtsitzes 22. Zur Erzeugung dieser Kraft kann das auf dem beweglichen Ventilteil 3 lastende Gewicht des Kupplungskörpers 49 dienen, das in geeigneter Weise an die Erfordernisse angepaßt ist, oder ein auf den Kupplungs körper 49 aufgesetzter Gewichtskörper 54 oder eine beispielsweise in der Kupplungsbohrung 52 angeordnete Druckfeder 55, die sich an dem Anker 19 abstützt. Neben der Dreheinheit 51 ist ein weiteres Element der Vorrichtung eine Läppmittelversorgungseinrichtung 56, von der über eine Läppmittelleitung 57 feinkörniges Läppmittel bei spielsweise über die Führungsbohrung 7 des Ventilsitzkörpers 2 in den Bereich von Ventilsitzfläche 10 und Dichtsitz 22 bringbar ist. Das Läppmittel kann jedoch auch vor der Durchführung des Verfahrens auf die Ventilsitzfläche 10 und/oder den Dichtsitz 22 aufgebracht werden. Die Zuführung des Läppmittels kann auch über die Abspritz öffnung 13 erfolgen. Als Läppmittel können bekannte ölige oder wäss rige Aufschlämmungen von Chromoxid, Borkarbid und andere dienen. Die Zufuhr von Läppmittel ist nicht unbedingt zur Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens erforderlich.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der be schriebenen Weise die Ventilgruppe 1 in die Halteeinheit 37 einge spannt und mit der Dreheinheit 51 in Drehverbindung gebracht. Danach wird das bewegliche Ventilteil 3 mittels der Dreheinheit 51 in eine durch einen Pfeil gekennzeichnete Rotationsbewegung 59 versetzt, und durch gleichzeitiges Einschalten des Hochfrequenzgenerators 35 wird diese Rotationsbewegung 59 durch eine parallel zur Drehachse 6 wir kende und durch einen Doppelpfeil gekennzeichnete hochfrequente Schwingungsbewegung 60 überlagert. Dabei bilden das bewegliche Ven tilteil 3 mit dem Anker 19 und der Ventilsitzkörper 2 ein schwing fähiges Mehrmassensystem und Schwingen mit gleicher Frequenz, jedoch mit unterschiedlicher Amplitude. In abgewandelter Weise könnte auch das bewegliche Ventilteil 3 am Anker 19 in einer Haltevorrichtung drehfest eingespannt sein und die Rotationsbewegung durch Verdrehen des Ventilsitzkörpers 2 mittels einer Dreheinheit erzeugt werden. Die hochfrequente Schwingungsbewegung könnte dabei auch über den An ker und das bewegliche Ventilteil aufgebracht werden. Unter even tuellem Zusatz von Läppmittel laufen dabei Dichtsitz 22 und Ventil sitzfläche 10 aufeinander und erzeugen an sich gegenseitig Dicht flächen mit hoher Oberflächengüte. Die Bearbeitungszeit beträgt we nige Sekunden, beispielsweise 5 Sekunden.

Die nach dem beschriebenen Verfahren behandelten Dichtflächen der Ventilgruppen von Ventilen, z.B. Kraftstoffeinspritzventilen für Brennkraftmaschinen mit Benzin oder Diesel als Kraftstoff, gewähr leisten nicht nur eine sehr hohe momentane Dichtheit, sondern auch eine Dichtheit nach langem Gebrauch des Ventiles.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht nur vorteilhaft zur Herstellung von Dichtflächen mit hoher Oberflächengüte bei Ventilen anwendbar, deren Dichtflächen rotationssymmetrisch sind und bei de nen das bewegliche Ventilteil 3 gegenüber dem Ventilsitzkörper 2 nicht gegen Verdrehung gesichert ist und somit während der Durchfüh rung des Verfahrens Ventilsitzkörper 2 und bewegliches Ventilteil 3 zueinander in eine Rotationsbewegung 59 versetzt werden können, so daß sich in jeder beliebigen Drehposition von Ventilsitzkörper 2 und beweglichem Ventilteil 3 zueinander eine gleichgute Dichtheit er gibt. Vielmehr führt auch schon allein die Aufprägung der hochfre quenten Schwingungsbewegung 60 in axialer Richtung, also in Betäti gungsrichtung des Ventiles, in der zum Öffnen des Ventiles das be wegliche Ventilteil von der Ventilsitzfläche abhebbar ist oder in entgegengesetzter Betätigungsrichtung zum Schließen des Ventiles das bewegliche Ventilteil mit der Ventilsitzfläche in Berührung gebracht wird, bzw. parallel zur Drehachse 6, ohne die Rotationsbewegung 59 zu einer Verbesserung der Oberflächengüte der Dichtflächen, also zu einer Verbesserung der Dichtheit von Ventilen. Diese Form des erfin dungsgemäßen Verfahrens bietet sich dann an, wenn aus konstruktiven Gründen, z.B. ist das bewegliche Ventilteil 3 gegenüber dem Ventil sitzkörper 2 gegen Verdrehung gesichert oder die Dichtflächen haben ovale, rechteckige oder andere Querschnitte, keine Rotationsbewegung 59 während der Durchführung des Verfahrens möglich ist. Dabei kann es ebenfalls in der bereits oben beschriebenen Weise zweckmäßig sein, ein feinkörniges Läppmittel zuzuführen und/oder bewegliches Ventilteil 3 und Ventilsitzkörper 2 mit einer aufeinanderzu wirken den Kraft zu beaufschlagen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Dichtflächen mit hoher Oberflächen güte an Ventilen, insbesondere Kraftstoffeinspritzventilen für Brennkraftmaschinen, mit wenigstens einem an wenigstens einem beweg lichen Ventilteil vorgesehenen Dichtsitz und wenigstens einer, an wenigstens einem Ventilsitzkörper ausgebildeten Ventilsitzfläche, wobei in einem ersten Verfahrensschritt der Dichtsitz des bewegli chen Ventilteiles mit der Ventilsitzfläche in Berührung gebracht wird und in einem zweiten Verfahrensschritt bewegliches Ventilteil und Ventilsitzkörper unter Zuführung eines aufgeschlämmten feinkör nigen Läppmittels zur Ventilsitzfläche relativ zueinander um eine Drehachse in eine Rotationsbewegung versetzt werden, dadurch gekenn zeichnet, daß in einem dritten Verfahrensschritt eine parallel zur Drehachse (6) wirkende Schwingungsbewegung (60) mit hoher Frequenz auf den Ventilsitzkörper (2) und das bewegliche Ventilteil (3) über tragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vierten Verfahrensschritt das bewegliche Ventilteil (3) in Richtung zur Ventilsitzfläche (10) hin mit einer Kraft (49; 54; 55) beauf schlagt wird.

3. Vorrichtung zur Herstellung von Dichtflächen mit hoher Oberflä chengüte an Ventilen, insbesondere Kraftstoffeinspritzventilen für Brennkraftmaschinen, die wenigstens einen an wenigstens einem beweg lichen Ventilteil vorgesehenen Dichtsitz und wenigstens eine an we nigstens einem Ventilsitzkörper ausgebildete Ventilsitzfläche haben, mit einer den Ventilsitzkörper oder das bewegliche Ventilteil auf nehmenden Halteeinheit und einer auf das bewegliche Ventilteil oder den Ventilsitzkörper einwirkenden Dreheinheit sowie einer Läppmit telversorgungseinrichtung für aufgeschlämmtes feinkörniges Läppmit tel, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Halteeinheit (37) ein Schwingungserzeuger (33) für eine auf den Ventilsitzkörper (29) und das bewegliche Ventilteil (3) wirkende hochfrequente Schwin gungsbewegung (60) angreift.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das bewegliche Ventilteil (3) durch einen Gewichtskörper (49; 54) eine Kraft in Richtung zur Ventilsitzfläche (10) hin anlegbar ist.

5. Verfahren zur Herstellung von Dichtflächen mit hoher Oberflächen güte an Ventilen, insbesondere Kraftstoffeinspritzventilen für Brennkraftmaschinen, mit wenigstens einem an wenigstens einem beweg lichen Ventilteil vorgesehenen Dichtsitz und wenigstens einer, an wenigstens einem Ventilsitzkörper ausgebildeten Ventilsitzfläche, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt der Dichtsitz des beweg lichen Ventilteiles mit der Ventilsitzfläche unter Zuführung eines aufgeschlämmten feinkörnigen Läppmittels zur Ventilsitzfläche in Be rührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten Verfahrensschritt eine in Betätigungsrichtung des Ventils wirkende Schwingungsbewegung (60) mit hoher Frequenz auf den Ventilsitzkörper (2) und das bewegliche Ventilteil (3) übertragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dritten Verfahrensschritt das bewegliche Ventilteil (3) in Richtung zur Ventilsitzfläche (10) hin mit einer Kraft (49; 54; 55) beauf schlagt wird.