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Ventilsitze wiederholgenau messen

Optimale Kraftstoffaufbereitung und effiziente Verbrennung
Ventilsitze wiederholgenau messen

Die präzise Geometrie von Einspritzventilen ist entscheidend für die korrekte Kraftstoffverbrennung und Funktionsweise von Motoren. Mit den optischen Messsystemen von Alicona messen Hersteller die Rundheit ihrer Ventilsitze wiederholgenau und rückführbar für eine optimale Dichtung. Das gilt auch bei kleinem Ventilöffnungswinkel und Toleranzen im einstelligen µm-Bereich.

Insbesondere in der Automobilindustrie sind die Ansprüche an Maßhaltigkeit und Formtreue hoch. Zu den diffizilen Bereichen der Qualitätssicherung gehören Mikropräzisionskomponenten wie Einspritzdüsen und -ventile, die strengen Prozessanforderungen unterliegen. Neben einer möglichst feinen Zerstäubung des Kraftstoffs erfüllen Einspritzanlagen eine Regulierungsfunktion, wenn der Kraftstoff in den Brennraum oder das Saugrohr eintritt. Das Einspritzventil verschließt durch oszillierende Bewegungen den Brennraum gegen die Kraftstoffleitung und spritzt Kraftstoff in den Ansaugtrakt oder den Verbrennungsraum ein. Um die oszillierende Bewegung und die damit verbundene Abdichtung und Zuflussregulierung zu gewährleisten, ist eine Quantifizierung der Maßhaltigkeiten von Einspritzdüsen, Ventilsitzen und Aktuatoren (z. B. Piezo Stack) von entscheidender Bedeutung.

Entscheidend für die korrekte Funktionsweise der Ventile ist die exakte Rundheit und Oberflächenbeschaffenheit am Ventilsitz. Alicona, Spezialist für optische Messtechnik, verfügt über langjährige Erfahrung in der Qualitätssicherung und Fehleranalyse von Automobilbauteilen. Mit dem optischen 3D-Oberflächenmesssystem Infinite Focus stellen Automobilhersteller unter anderem sicher, dass der Ventilsitz der Einspritzdüse rund ist und das Ventil korrekt abdichtet.
Um dem Druck beim Einspritzvorgang von bis zu 1200 bar standzuhalten, muss die Rundheit des Ventil- oder Nadelsitzes flächenhaft erfasst und auf Leckagen analysiert werden. Undichte Düsen können die fehlerhafte Verbrennung des Kraftstoffes und damit erhöhte Abgaswerte zur Folge haben. Daher bedarf es flexibler und hochgenauer Messlösungen, die für die Messung der schwer zugänglichen Geometrien und geringen Dimensionen der Ventile geeignet sind.
Bei den hochauflösenden Rundheitsmessungen der Ventilsitze werden Rundheitsabweichungen auch bei Toleranzen im Bereich von 1 – 2 µm messmittelfähig bestimmt. Gerade bei kleinem Öffnungswinkel des Ventilsitzkegels ( 45°) stellt dies eine besondere Herausforderung dar. Klassische optische Messsysteme, die typischerweise entlang der Kegelachse messen, stoßen hierbei an die Grenze der erfassbaren Flankensteilheit.
Das Infinite Focus G5 Messsystem umgeht diese Einschränkung, indem das Bauteil aus unterschiedlichen Richtungen gemessen wird. Diese vollständige Formmessung lässt sich mit Hilfe der hochpräzisen Dreh- und Schwenkeinheit Advanced Real3D Rotation Unit umsetzen. Die Einzelmessungen werden zu einem kompletten hochgenauen 3D-Datensatz des Ventilsitzes kombiniert.
Basierend auf der Technologie der Fokus-Variation wird zudem auch die Rauheit der Ventilsitzfläche sowohl profilbasiert als auch flächenhaft (ISO 25178) gemessen.
Die optische Messung der Ventilsitze und Auswertung der Parameter erfolgt optional auch vollautomatisch und produktionsbegleitend. Um Fertigungsprozesse zu optimieren, wird dazu in einem Einrichtschritt ein Messprogramm von einem Administrator erstellt. Anschließend kann das Messprogramm im Automatikmodus vom Werker einfach per Knopfdruck aufgerufen werden. Umgesetzt werden die automatischen Messungen mit der Automatisierungsschnittstelle „Automation Manager“, eine auf die produktionsintegrierte Qualitätssicherung ausgelegte Softwareplattform.
Qualitätssicherung von Fahrwerkskomponenten
Nicht nur die Qualität von Einspritzventilen wird mit optischer 3D-Oberflächenmesstechnik verifiziert. Das Anwendungsspektrum der Alicona-Messsysteme umfasst die gesamte Herstellung und Weiterverarbeitung von Bauteilen im Automotive Bereich. So nutzt der amerikanische Automobilzulieferer und Hersteller von Hochleistungsmotoren Roush & Yates Racing Engines Alicona zur Qualitätssicherung von Antriebs- und Fahrwerkskomponenten wie Kurbelwellen, Nockenwellen, Kolben und Pleuel.
Die meisten dieser Bauteile haben stark unterschiedliche Reflexionseigenschaften, steile Flanken und teils eine absichtlich große Oberflächenrauheit. Die Oberfläche von Nocken und Pleuel wird zur Verbesserung der Haftreibung beispielsweise mittels Laserstrukturierung aufgeraut. Um die Laserstrukturen auszuwerten, müssen Randgebirge analysiert und relativ zur Grundfläche gemessen werden. Die relevanten, zu messenden Parameter beinhalten unter anderem die maximale und mittlere Randgebirgshöhe (GRs, GRm), die Randgebirgsbreite GRb und den Abstand zwischen den Laserlinien.
Umgesetzt werden diese Messungen über die profilhafte und flächenhafte Rauheitsmessung der Alicona Messsysteme. Um die Innenseiten der Pleuel und Nocken zu messen, benötigt es einen entsprechend großen Arbeitsabstand, durch welchen auch die Verwendung eines Spiegels möglich ist. Nach der Konfiguration der Messeinstellungen erfolgt die Messung und Berechnung der Parameter vollautomatisch.
Auch in der Untersuchung tribologischer Prozesse, die hochgradig von der Mikrostruktur der Bauteile abhängen, finden die einfach bedienbaren und automatisierbaren Messsysteme von Alicona Einsatz. Zur Feststellung von Materialermüdung, Abnutzung und Korrosionsbeständigkeit werden Oberflächendefekte von beispielsweise Kühlern im Mikro- und Submikrometerbereich gemessen und mit einer entsprechend farblichen Codierung in 3D visualisiert.
Weitere Applikationen sind die Messung von Mikrozahnrädern, Komponenten in der Präzisionsfertigung, Feinwerktechnik und Antriebstechnik, die Oberflächencharakterisierung von Bremsbelägen bis hin zur Restschmutzanalyse und Messung von größeren Werkstücken aus Guss, wo u. a. die Porosität durch die Analyse der Oberflächentextur gemessen wird. ■
Alicona Imaging GmbHwww.alicona.com
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