DE19611613A1 - Verfahren zum Vermessen von Bohrungen, insbesondere von Einspritzbohrungen an Kraftstoffeinspritzventilen für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Vermessen von Bohrungen, insbesondere von Einspritzbohrungen an Kraftstoffeinspritzventilen für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus.

Bei z. B. aus der Bosch-Informationsschrift "Technische Unterrichtung Diesel-Reiheneinspritzpumpen", Ausgabe 94/95 (1 987 722 012; KH/VDT-09.94-De) Seite 38-39 bekannten Kraftstoffeinspritzventilen der "Lochdüsen"-Bauart kommt der Lage und der Ausbildung der von einer zentralen axialen Bohrung im Ventilkörper radial abführenden Einspritzbohrungen (Spritzlöchern) eine hohe Bedeutung hinsichtlich der Lage und Ausbildung des Einspritzstrahls in den Brennraum der Brennkraftmaschine zu. Da die Qualität der Verbrennung im Brennraum der Brennkraftmaschine in hohem Maße von einem optimalen Einspritzstrahl (Eindringtiefe, Lage, Zerstäubung) abhängig ist, ist eine präzise Fertigung der Einspritzöffnungen am Einspritzventil insbesondere hinsichtlich einer optimalen Aufbereitung und Verbrennung des Kraftstoffes notwendig.

Dabei tritt jedoch das Problem auf, diese Einspritzbohrungen auch sehr genau vermessen zu können, um bei möglichen Lage- oder Toleranzabweichungen bei der Fertigung rasch reagieren zu können. Die Möglichkeiten zum Vermessen der Einspritzbohrungen beschränkten sich bisher auf konventionelle mechanische Meßverfahren oder mittels Vergrößerungen aufgeschnittener Spritzlochbohrungen ermittelter Meßwerte, wobei die mit konventionellen Meßverfahren ermittelten Meßergebnisse nicht genau genug sind und das Aufschleifen von Bohrungen einen hohen Aufwand verursacht und zudem das Einspritzventil zerstört.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vermessen von Bohrungen, insbesondere von Einspritzbohrungen an Kraftstoffeinspritzventilen für Brennkraftmaschinen, weist demgegenüber den Vorteil auf, daß eine sehr genaue Vermessung der Bohrungsgeometrie, insbesondere des Querschnitts der Bohrungseinlaufkanten und Lage der Bohrungen möglich ist. Dabei ermöglicht das kontaktlose opto-elektronische Meßverfahren eine Benutzung in der Serienfertigung von Einspritzventilen, wobei eine entsprechende Meßvorrichtung in die Fertigungslinie integriert werden kann. Auf diese Weise können schon geringste Abweichungen von der Sollgeometrie erkannt werden und eine entsprechende Fehlerbeseitigung kann rasch erfolgen, was sich positiv auf die Gesamtqualität der hergestellten Kraftstoffeinspritzventile auswirkt. Dabei sei darauf hingewiesen, daß ein derartiges Meßverfahren ebenso an anderen Objekten mit relativ schwer zugänglichen Öffnungen und Bohrungen anwendbar ist, bei denen der Lage und Geometrie der Öffnung bzw. Bohrung eine hohe Bedeutung zukommt. Derartige Objekte können dabei ebenfalls aus der Kraftstoffeinspritztechnik, z. B. Pumpen oder Ventile stammen, es sind jedoch auch technisch andere Sachgebiete möglich wie z. B. die Feinmechanik und Gerätetechnik.

Die opto-elektronische Meßvorrichtung wird dabei in vorteilhafter Weise durch eine Kamera gebildet, deren optische Achse zur Achse der zu vermessenden Bohrung ausgerichtet ist (tastende Ausrichtung) und die während des Meßvorganges zumindest die Einlauf- und die Auslaufkante der Bohrung vermißt, wozu diese Kantenbereiche nacheinander fokussiert werden. Zusätzliche Meßpunkte im Verlauf der Bohrung sind dabei alternativ ebenfalls möglich.

Zur Achsausrichtung der zu vermessenden Bohrung mit der optischen Achse der Kamera und für eine eindeutige Lagedefinition des zu vermessenden Objektes, vorzugsweise des Kraftstoffeinspritzventils und hier insbesondere dessen Ventilkörpers, ist dieser in einem Spannfutter eingespannt, das in drei Ebenen frei verschiebbar und schwenkbar an einem Meßtisch angeordnet ist, der seinerseits so ausgebildet ist, daß Meßungenauigkeiten infolge von Schwingungen ausgeschlossen sind.

Dabei werden die von der Kamera ermittelten Daten in Verbindung mit den am Spannfutter und Meßtisch eingestellten Werten und den bekannten geometrischen Abmessungen des Ventilkörpers in einer angeschlossenen Auswerteeinheit mittels entsprechend angepaßter Software in die geometrischen Angaben zur Lage und Geometrie der zu vermessenden Einspritzbohrung im Verhältnis zu spezifischen Daten des Ventilkörpers umgewandelt und angezeigt. Auf diese Weise ist es z. B. möglich, präzise Angaben über den Durchmesser der Einspritzbohrung, deren Konizität, Winkellage und Anordnung zur Achse des rotationssymmetrischen Ventilkörpers sowie deren axialem Abstand zu einer Bezugskante am Ventilkörper zu erlangen. Um dabei eine präzise optische Vermessung der Bohrung vornehmen zu können, wird diese in erfindungsgemäßer Weise von innen beleuchtet. Die Lichtzufuhr an den Grund der zu vermessenden Bohrung erfolgt dabei in vorteilhafter Weise mittels geeigneter Lichtleiter. Dazu wird in die zentrale Achsbohrung des Ventilkörpers ein entsprechend der Form des beweglichen Ventilgliedes geformter Aufnahmedorn an dessen Stelle eingesetzt, der eine axiale Durchgangsbohrung aufweist, in die wenigstens ein als Glasstab ausgebildeter Lichtleitstab beweglich eingesetzt ist. Dieser Glasstab ragt in Höhe der Eintrittsöffnung der Einspritzbohrung aus dem Aufnahmedorn und strahlt so Licht am Grund der zu vermessenden Bohrung ab. Um dabei Blend- oder Spiegelbeeinträchtigungen zu vermeiden, ist die Oberfläche des Glasstabes so ausgebildet, daß diffuses Licht abgestrahlt wird. Dies läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß die Oberfläche des Glasstabes nicht poliert ist. Um eine optimale Beleuchtung für verschiedene Ventilausgestaltungen z. B. in verschiedenen axialen Höhen angeordnete Einlaufbereiche der Einspritzbohrungen zu gewährleisten sowie für eine Erhöhung der Leuchtdichte und zur Vermeidung von Lichtverlust, sind vorzugsweise zwei hintereinanderliegende Glasstäbe im Aufnahmedorn vorgesehen, von denen der der Meßstelle abgewandte hintere Glasstab sich im Querschnitt flaschenförmig erweitert und mit seinem freien im Durchmesser größeren Ende an ein flexibles Lichtleitkabel angeschlossen ist, wobei alternativ auch andere Lichtquellen möglich sind. Der vordere an die Meßstelle mündende Glasstab läuft dabei an seinem freien Ende konisch spitz zu, wobei der Konuswinkel vorzugsweise zwischen 30° und 60° liegt. Dabei können diese Merkmale alternativ auch an einem einzigen gemeinsamen Glasstab vorgesehen werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Vermessen von Bohrungen, insbesondere von Einspritzbohrungen an Kraftstoffeinspritzventilen für Brennkraftmaschinen sowie einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips des Meßverfahrens, die Fig. 2 einen Schnitt durch den zu vermessenden Ventilkörper mit daran befestigtem Aufnahmedorn und die Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch den Aufnahmedorn gemäß Fig. 2 mit eingesetzten Lichtleitstäben.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Vermessen von Bohrungen ist das zu vermessende Objekt, im Ausführungsbeispiel der Ventilkörper 1 eines Kraftstoffeinspritzventils über einen Aufnahmedorn 3 in ein Spannfutter 5 eingespannt, das seinerseits an einem nicht gezeigten Meßtisch angeordnet ist und das eine freie Verstellung dem Ventilkörpers in drei Ebenen ermöglicht. Dabei weist der Aufnahmedorn 3 verschiedene Anschläge zur genauen Positionierung des Ventilkörpers 1 auf. In den Aufnahmedorn 5 ist wenigstens ein Lichtleitstab 7 eingesetzt, der mit seinem freien Ende an ein flexibles, von einer Lichtquelle ausgehendes Lichtleitkabel 9 angeschlossen ist und dessen anderes Ende aus dem Aufnahmedorn 3 in einen Raum 11 innerhalb des Ventilkörpers 1 mündet, von dem die zu vermessende Einspritzbohrung 13 abführt, so daß deren Bohrungsgrund von innen her beleuchtet ist.

Für eine genaue geometrische Zuordnung der Lage des Aufnahmedorns 3 und des Ventilkörpers 1 ist dieser so ausgerichtet, daß die Dornachse und die X-Achse parallel liegen. Rundlaufabweichungen des Spannfutters 5 bzw. des Aufnahmedorns 3 werden vermessen und korrigiert. Desweiteren wird die zu vermessende Einspritzbohrung 13 tastend so positioniert, daß die jeweilige Bohrungsachse zentriert zur optischen Achse einer als opto-elektronische Meßvorrichtung dienenden Kamera 15 liegt.

Beim eigentlichen Meßvorgang werden die Einlaufkanten 17 und die Auslaufkanten 19 durch entsprechendes Fokussieren der Kamera 15 nacheinander vermessen und die ermittelten Meßergebnisse werden in Abhängigkeit von den vorher aufgenommenen geometrischen Daten zur Lage des Ventilkörpers 1 in einer angeschlossenen Auswerteeinheit 21 mittels einer entsprechenden Software in Meßergebnisse zur Bohrungsachse, Höhenwinkel, Seitenwinkel, räumlicher Lage der Einspritzbohrung 13 und Angaben zur Bohrungsgeometrie umgewandelt und angezeigt.

In der Fig. 2 ist eine Schnittdarstellungen des zu vermessenden Ventilkörpers 1 mit eingesetztem Aufnahmedorn 3 und in der Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Aufnahmedorns 3 mit eingesetzten Lichtleitstäben 7 gemäß dem Funktionsschema der Fig. 1 dargestellt.

Der Ventilkörper 1 eines Kraftstoffeinspritzventils der "Lochdüsenbauart" für Brennkraftmaschinen ist dabei in bekannter Weise als rotationssymmetrischer gestufter Körper ausgebildet, in dessen Inneren eine axiale Sackbohrung 23 vorgesehen ist, in der in montiertem und eingebautem Zustand ein Ventilglied axial verschiebbar geführt ist. Dabei weist die Sackbohrung 23 einen durch eine Querschnittserweiterung gebildeten Druckraum 25 auf, in den eine Kraftstoffzulaufleitung 27 mündet. Am geschlossenen Ende der Sackbohrung 23 ist der Raum 11 gebildet, von dem wenigstens eine Einspritzbohrung 13 radial von der Sackbohrung 23 abführt.

Während des erfindungsgemäßen Meßverfahrens ist ein zylindrischer Aufnahmedorn 3 an Stelle des Ventilgliedes in die Sackbohrung 23 eingesetzt, der bis in Anlage an einen definierten, nicht näher gezeigten Anschlag in die Sackbohrung 23 eingeführt ist und dabei den Raum 11 mit seiner konischen Stirnfläche axial begrenzt.

Dabei kann eine Spannvorrichtung 29 am Umfang des Aufnahmedorns 3 vorgesehen sein, die den Aufnahmedorn 3 in axialer Anlage am Ventilkörper 1 hält und die sich z. B. mittels eines an einer Ringschulter 31 des Ventilkörpers 1 angreifenden Bügels 33 am Ventilkörper 1 abstützt. Der gestuft ausgebildete Aufnahmedorn 3 weist wie in der Fig. 3 dargestellt, eine axiale Durchgangsbohrung 35 auf, die als Stufenbohrung ausgebildet ist, wobei der im Durchmesser größere Bohrungsteil 37 an die freie, dem Ventilkörper 1 abgewandte Stirnfläche 39 mündet. Dabei sind für eine optimale Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse des zu vermessenden Ventilkörpers 1 bzw. der darin vorgesehenen Einspritzbohrungen 13 zwei Lichtleitstäbe 7 hintereinander und beweglich angeordnet, die aus entsprechend geformten Glasstäben gebildet sind und etwa die gleiche Länge aufweisen. Ein erster Glasstab 41 mit geringem Durchmesser, vorzugsweise 1,5 mm ist dabei derart in den im Durchmesser verringerten Teil 43 der Durchgangsbohrung 35 eingesetzt, daß er mit seiner konischen Spitze aus dem Aufnahmedorn 3 heraus in den Raum 11 ragt. Am, der Spitze 45 abgewandten Ende des ersten Glasstabes 41 liegt ein zweiter Glasstab 47 an, dessen Querschnitt sich im Bereich des im Durchmesser größeren Bohrungsteils 37 gleichmäßig, vorzugsweise flaschenförmig, auf einen größeren Durchmesser, von etwa 5 mm vergrößert und dessen freies Ende zum Anschluß des flexiblen Lichtleiters, vorzugsweise eines Glasfaserkabels aus dem Aufnahmedorn 3 ragt. Dabei sind die Glasstäbe 41, 47 so in den Aufnahmedorn 3 eingesetzt, daß sie mit ihren benachbarten Stirnflächen ständig plan aneinander anliegen, so daß eine sichere Übertragung der Lichtstrahlung bis in den geschlossenen Sacklochraum 11 gewährleistet ist.

Es ist somit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Vermessen von Bohrungen möglich, auch die Lage und Geometrie von Sackbohrungen sehr genau vermessen zu können, wobei das automatisierbare Verfahren auch innerhalb einer Fertigungslinie der Serienfertigung verwendbar ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Vermessen von Bohrungen, insbesondere von Einspritzbohrungen an Kraftstoffeinspritzventilen für Brennkraftmaschinen, bei dem das zu vermessende Objekt in eine Aufnahmevorrichtung eingespannt und mit einer Meßeinrichtung vermessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage- und Geometrieermittlung der zu vermessenden Bohrung mittels eines opto-elektronischen Meßverfahrens erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu vermessende Objekt mittels der Aufnahmevorrichtung vor dem Meßvorgang in einer geometrisch festgelegten Position justiert wird und daß während des Meßvorganges die Einlaufkanten (17) und Auslaufkanten (19) der zu vermessenden Bohrung (13) nacheinander mittels einer opto­ elektronischen Meßeinrichtung vermessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vermessenden Bohrungen geradlinig verlaufende, das Innere eines Hohlkörpers nach außen verbindende Bohrungen sind, wobei vor dem Meßvorgang in das Innere des Hohlkörpers eine Strahlenquelle, insbesondere eine Lichtquelle eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Lage des Objekts in der Aufnahmevorrichtung und die Meßergebnisse des opto­ elektronischen Meßverfahrens in einer angeschlossenen Auswerteeinheit (21) mittels eines entsprechenden Auswerteprogrammes in geometrische Daten der zu vermessenden Bohrung umgewandelt und angezeigt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung des opto­ elektronischen Meßverfahrens eine Kamera (15) vorgesehen ist, deren optische Achse zur Achse der zu vermessenden Bohrung (13) zentriert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung durch ein in drei Ebenen frei verschiebbares und schwenkbares Spannfutter (5) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, über die die zu vermessende Bohrung (13) von innen beleuchtet werden kann, wobei die Beleuchtungsmittel durch Lichtleiter (7) gebildet werden, die in eine axiale Bohrung (23) des Ventilkörpers (1) des Kraftstoffeinspritzventils eingesetzt sind, von der die zu vermessende Einspritzbohrung (13) radial abführt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb des Ventilkörpers (1) angeordnete Lichtleiter (7) als wenigstens ein Glasstab (41, 47) ausgebildet ist, an deren aus dem Ventilkörper (1) ragendes freie Ende ein flexibles Lichtleitkabel (9) anschließbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Glasstab (41, 47) beweglich in einen Aufnahmedorn (3) eingesetzt ist, der seinerseits in die axiale Bohrung (23) im Ventilkörper (1) des Einspritzventils eingesetzt ist, wobei eine Spitze (45) des Glasstabes (41) in Höhe der zu vermessenden Einspritzbohrung (13) axial aus dem Aufnahmedorn (3) in einen Raum (11) ragt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die zu vermessende Bohrung beleuchtenden Mittel diffuses Licht abstrahlen.