User Case

Optische Messung von Form und Rauheit am Ventilsitz

KENDRION senkte Ausschuss und Fertigungskosten von Hochdruckregelventilen durch die optische Messung von Form- und Rauheitsparametern am Ventilsitz.

Die hohe Messgenauigkeit und eine deutliche Senkung der Ausschussrate haben überzeugt. Mit der Fokus-Variation Technologie prüft die Kendrion die Rundheit ihrer Ventilsitze wiederholgenau und rückführbar für eine optimale Dichtung. Das gilt auch bei kleinem Ventilöffnungswinkel und Toleranzen im einstelligen µm-Bereich.

Stefan Steimle - Qualitätsmanagement bei Kendrion

Stefan Steimle,
Leiter des Qualitätsmanagements bei Kendrion

„Unser klares Ziel bei der Anschaffung des InfiniteFocus Messsystems war die Reduzierung der Fertigungskosten und genau das haben wir erreicht. 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".

Weniger Ausschuss durch optimierte Ventilgeometrie

Insbesondere in der Automobilindustrie sind die Ansprüche an Maßhaltigkeit und Formtreue hoch. 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 unter einem Dach. Das Produktportfolio umfasst High-Tech-Komponenten und Systeme im Automobilbereich, darunter Diesel- und Benzineinspritzanlagen sowie Motormanagement- und Assistenzsysteme.  

Reduzierte Fertigungskosten und weniger Ausschuss

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 Kendrion die optische 3D Messtechnik von Alicona.

Alicona-Überprüfung der Rundheit der Profilsitze

Mit Alicona prüft Kendrion die Rundheit ihrer Ventilsitze wiederholgenau und rückführbar für eine optimale Dichtung.

„Unser klares Ziel bei der Anschaffung des InfiniteFocus Messsystems war die Reduzierung der Fertigungskosten und genau das haben wir erreicht. 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“, erklärt Stefan Steimle, Leiter des Qualitätsmanagements bei Kendrion. 

Formtreue und Rauheit entscheiden über Ventil-Funktionalität

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 minimale 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. Andere Verfahren, die auf den ersten Blick attraktiv erschienen, hielten aber bei genauerem Hinsehen nicht den gestellten Anforderungen stand“, erläutert Kendrion-Experte Steimle. „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.“

Alicona 3D Messung des Ventilsitzes in farbcodierter Höhendarstellung und in registrierter Echtfarbe

Alicona 3D Messung des Ventilsitzes in farbcodierter Höhendarstellung und in registrierter Echtfarbe

Vollständige Formmessung mit Dreh- und Schwenkeinheit

Bei den hochauflösenden optischen 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 besondere 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 mit Alicona umsetzen.

Qualitätssicherungsleiter Stefan Steimle erklärt: „Mit Alicona sind uns Geometriemessungen an Bauteilpositionen möglich, die taktil schwer erreichbar waren. 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 < 0.0100mm sicher bewertet werden können.  Mit dem InfiniteFocus G5 Messsystem kann das Bauteil aus unterschiedlichen Richtungen gemessen werden. 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 kombiniert.

Profilbasierte und flächenhafte Rauheitsmessung

Zudem wird die Rauheit der Ventilsitzfläche sowohl profilbasiert als 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 hierbei, dass der gesamte Messablauf in einem Programm hinterlegt und dann vollständig frei von Bedienereinflüssen beliebig wiederholt werden kann.

Alicona 3D Datensatz: Kugel mit Durchmesser 1,5 mm

Non-destructive measurement of critical parts

In addition, the roughness on the valve seat surface is measured both profile based and area based (ISO 25178). In order to be able to determine whether optimum conditions prevail for flow of the medium through the valve area, the inner cylinder diameter and the edge radius as well as the absence of burrs between the inner cylinder and the cone shape of the valve, are also measured. The decisive factor here is that the entire measurement sequence can be stored in a program and then repeated completely free from operator intervention at any time.

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