Optimierte Ventilgeometrie für weniger Ausschuss

Die hohe Messgenauigkeit und eine deutliche Senkung der Ausschussrate haben überzeugt: Mit der optischen Messtechnik von Alicona prüft der Automobilzulieferer Kendrion die Rundheit von Ventilsitzen wiederholgenau und rückführbar für eine optimale Dichtung. Das gilt auch bei kleinem Ventilöffnungswinkel und Toleranzen im einstelligen µm-Bereich.

Die Kendrion Gruppe entwickelt, fertigt und vertreibt hochqualitative elektromagnetische und mechatronische Lösungen für industrielle und Automotive-Anwendungen. Am deutschen Standort in Villingen-Schwenningen vereinen sich die beiden Geschäftsbereiche Passenger Cars und Industrial Drive Systems. Das Produktportfolio umfasst High-Tech-Komponenten und Systeme im Automobilbereich, darunter Diesel- und Benzineinspritzanlagen sowie Motormanagement- und Assistenzsysteme.

Zu den diffizilen Elementen für die Qualitätssicherung gehören für Kendrion vor allem Mikropräzisionskomponenten in Hochdruckregelventilen, die höchsten Anforderungen an Maßhaltigkeit und Oberflächengüte unterliegen. Für Fehleranalysen und zur Kontrolle von Herstellprozessen nutzt des Unternehmen die optische 3D-Oberflächenmesstechnik von Alicona.

Fertigungskosten reduziert

„Unser klares Ziel bei der Anschaffung des Infinite-Focus Messsystems war die Reduzierung der Fertigungskosten – und genau das haben wir erreicht“, erklärt Stefan Steimle, Leiter des Qualitätsmanagements bei Kendrion. „Wir waren in der Lage, die Ausschussrate unserer Fertigung signifikant zu senken, da Dichtheitsprobleme zweifelsfrei mit geometrischen Eigenschaften der beteiligten Komponenten in Verbindung gebracht und dann optimiert werden konnten.“

Neben einer möglichst feinen Zerstäubung des Kraftstoffs erfüllen Einspritzanlagen eine entscheidende Regulierungsfunktion, wenn der Kraftstoff in den Brennraum eines Dieselmotors eingespritzt wird. Die von Kendrion hergestellten Hochdruckregelventile regeln den dazu im Versorgungsrail notwendigen Systemdruck in Bereichen von derzeit bis zu 2700 bar.

Entscheidend für die korrekte Funktionsweise der Ventile ist die exakte Rundheit und gleichbleibende Oberflächenbeschaffenheit am Ventilsitz. Um den Druck exakt den Vorgaben des Steuergeräts folgen zu lassen, muss die Formtreue des Ventilsitzes dreidimensional erfasst und auf minimalste Abweichungen hin analysiert werden können. Daher bedarf es flexibler und hochgenauer Messlösungen, die für die Messung der schwer zugänglichen Geometrien und kleinsten Dimensionen der Ventilelemente geeignet sind und auch eine Analyse der kritischen Oberflächenstrukturen zulassen.

„Natürlich haben wir uns auf der Suche nach einem Messsystem verschiedene Hersteller angesehen“, so Steimle. „Andere Verfahren, die auf den ersten Blick attraktiv erschienen, hielten bei genauerem Hinsehen nicht den gestellten Anforderungen stand. Messungen müssen zügig erfolgen, was allerdings nicht auf Kosten der Genauigkeit gehen darf. Alicona bietet hier die effizienteste Methode, die auch bei engen Toleranzen mit ihrer Messgenauigkeit überzeugt.“

Bei den hochauflösenden Messungen 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 Herausforderung dar. Klassische optische Messsysteme, die typischerweise entlang der Kegelachse messen, stoßen hierbei an die Grenze der erfassbaren Flankensteilheit. Basierend auf der Technologie der Fokus-Variation, die auch für die Messung von sehr steilen Flankenwinkeln und kleinen Radien geeignet ist, lassen sich diese Messaufgaben umsetzen.

„Mit Alicona sind uns Geometriemessungen an Bauteilpositionen möglich, die taktil schwer erreichbar waren“, so Steimle. „Dazu gehört zum Beispiel die Messung der Koaxialität der Kegelachse zur Achse des Außenzylinders.“ Eine optimale Koaxialität verhindert einseitige Abnützungen der Dichtflächen, dafür müssen die Abweichungen der Achsen in einem Bereich von 0,0100 mm sicher bewertet werden können.

Mit dem Infinite-Focus G5 Messsystem kann das Bauteil aus unterschiedlichen Richtungen gemessen werden. Diese vollständige Formmessung lässt sich mit der hochpräzisen Dreh- und Schwenkeinheit Advanced Real 3D Rotation Unit umsetzen. Die Einzelmessungen werden zu einem hochgenauen 3D-Datensatz kombiniert.

Zudem wird die Rauheit der Ventilsitzfläche profilbasiert wie auch flächenhaft (ISO 25178) gemessen. Um feststellen zu können, ob optimale Bedingungen für das Medium bei der Durchströmung des Ventilbereichs herrschen, werden auch der Durchmesser des Innenzylinders und der Radius der Kante, bzw. die Gratfreiheit zwischen Innenzylinder und der Kegelform des Ventiles, gemessen. Entscheidend ist, dass der gesamte Messablauf in einem Programm hinterlegt und dann frei von Bedienereinflüssen beliebig wiederholt werden kann.

Flächenhafte Betrachtung liefert neue
Erkenntnisse

Neben den funktionsrelevanten Teilen seiner Druckregelventile misst Kendrion auch Kleinteile aus Kunststoff oder Elastomer mittlerweile optisch, die zuvor aufgrund der Verformung des Bauteils taktil nicht messbar waren. „Die flächenhafte Betrachtung von Funktionsoberflächen, zum Beispiel von Lagerungs- oder Dichtelementen, hat uns neue entscheidende Erkenntnisse geliefert“, so Steimle. „Auch die Möglichkeit der gesamtheitlichen 3D-Bewertung und 3D-Flächenformmessung überzeugt.“

Weitere mögliche Applikationen umfassen die gesamte Herstellung und Weiterverarbeitung von Bauteilen im Automotive-Bereich. Dazu gehören die Messung von Mikrozahnrädern, Feinwerktechnik und Antriebstechnik, bis hin zur Oberflächencharakterisierung von Bremsbelägen.

Alicona Imaging GmbH
www.alicona.com

Unsere Webinar-Empfehlung