Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Wandstärke bei Hohlventilen mit und ohne hohlem Ventilkopf. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlventils mit hohlem Ventilkopf.

An Hohlventile werden aufgrund ihrer filigranen Ausführungsform oftmals hohe Qualitätsanforderungen gestellt, welche auch Stichproben bis hin zu einer 100%- Prüfung umfassen können. Insbesondere die Einhaltung einer vorgegebenen Wandstärke ist bei derartigen Hohlventilen ein wichtiger Qualitätsfaktor. Im einfachsten Fall bei einem nur hohl gebohrten Ventil ist dies die Wandstärke im Schaft und hier insbesondere ein eventuell vorhandener Mitten versatz dieser Bohrung, der sich auf die Wandstärke des Schafts des Hohlventils auswirkt. In diesem Fall kann dies durch Messung der Wandstärke an mindestens zwei oder besser vier oder idealerweise sogar kontinuierlich am Umfang festgestellt werden Bei gebauten Hohlventilen aus umgeformten und miteinander verschweißten Blechteilen ist die Wandstärkenmessung am Rohteil beziehungsweise am fertig montierten Ventil ebenfalls ein entscheidendes Qualitätsmerkmal, da durch den Umform- und Schweißprozess Abweichungen der Wandstärke entstehen können. Bei Hohlventilen hingegen, bei welchen ein Hohlraum im Ventilkopf mittels elektrochemischem Abtragen (ECM) hergestellt wird, ist ebenfalls die Messung der Wandstärke extrem wichtig, da das elektrochemische Abtragen schlecht einsehbar und damit kontrollierbar ist und darüber hinaus nicht durch eine feste Schneide, wie beispielsweise beim Herstellen eines Hohlraums mit einem Bohrer, definiert wird. Zugleich wird beim elektrochemischen Abtragen eine gekrümmte und unregelmäßige Fläche erzeugt, die zudem noch einen Hinterschnitt bildet. Können dabei eine Wandstärke am Schaft bzw. am Tellerboden noch relativ unkompliziert taktil vermessen werden, ist dies für die Messung der Wandstärke im Be- reich der Hohlkehle nur noch schwer möglich. Jedoch erfordert auch bereits das Messen der Wandstärke im Bereich des Schafts eine vergleichsweise lange Messzeit und ein taktiles Anfahren. Zudem kann nur das Rohteil vermessen werden, da das fertig hergestellte Ventil in der Regel keinen Zugang für ein taktiles Anfahren ermöglicht, da es mit einem Kühlmedium gefüllt und verschlossen wurde. Um Messzeit zu sparen und um möglichst einfach die Wandstärken auch im Bereich der Hohlkehle messen zu können, kann eine Ultraschallmessung eingesetzt werden, welche jedoch beigekrümmten Oberflächen und somit nicht konstanten Dicken bzw. gegenläufigen Oberflächen oftmals Schwierigkeiten bereitet.

Aus der DE 10 2007 01 1 445 B4 ist ein Ultraschallverfahren zur Messung einer Wandstärke eines geschweißten Hohlprofilträgers bekannt, bei welchem der Hohlprofilträger an den Enden mittels Dichtelementen druckdicht verschlossen und mittels Unterdruck bzw. Überdruck beaufschlagt wird. Anschließend wird mit einer in dem Hohlprofilträger verfahrbaren Inspektionseinheit mit einem im Wesentlichen auf den Bereich der Schweißnähte gerichteten Schallsensor ein Geräuschpegel gemessen, der bei einem Riss in den Schweißnähten des Hohlprofilträgers durch ein- oder ausströmende Luft erzeugt wird. Zur Lokalisierung eines anhand eines Strömungsgeräusches ermittelten Risses wird mittels einer Weg- längenmesseinheit der jeweils zurückgelegte Verfahrweg des Schallsensors er- fasst. Dieses Verfahren ist jedoch ausschließlich für vergleichsweise große Durchmesser von Hohlprofilen anwendbar.

Aus der DE 202 07 684 U1 ist eine Vorrichtung zur Ultraschalldickenmessung innerhalb von Rohren bekannt, die im Innern einer zu kontrollierenden Rohrleitung bewegt wird und die ein Gehäuse mit darin enthaltenen Geräten zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Messdaten besitzt. Diese Geräte umfassen einen Auslösetaktgenerator, einen Ultraschallgeber, einen Verstärker, einen Komperator mit einem Analogeingang, eine digitale Schaltuhr, einen Prozessor sowie einen in Reihe geschalteten digitalen Datenspeicher. Auch diese Vorrichtung wird jedoch wieder im Inneren der zu messenden Rohrleitung bewegt, so dass auch hier der Hohlraum einen gewissen Durchmesser aufweisen muss.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Verfahren zur Messung einer Wandstärke bei Hohlventilen mit oder ohne hohlem Ventilkopf anzugeben, mittels welchem insbesondere auch mittels elektrochemischem Abtragen hergestellte Hohlventile mit hohlem Ventilkopf hinsichtlich ihrer Wandstärke exakt geprüft werden können.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an genau ausgewählten und vordefinierten Stellen eines Hohlventils Ultraschallsensoren in einer bestimmten Art und Weise anzuordnen und darüber eine exakte Ermittlung der Wandstärken zu erhalten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung der Wandstärke bei Hohlventilen mit und ohne hohlem Ventil köpf wird somit eine Wandstärke im Bereich eines Schafts mittels zumindest eines Ultraschallsensors ermittelt, wobei in diesem Fall der Ultraschallsensor derart zur Oberfläche am Schaft ausgerichtet wird, dass der ausgesandte Ultraschall senkrecht in die Oberfläche eingeleitet werden kann. Zusätzlich oder alternativ wird eine Wandstärke im Bereich einer Hohlkehle des Hohlventils mit hohlem Ventilkopf mittels ebenfalls zumindest eines Ultraschallsensors ermittelt, wobei in diesem Fall der Ultraschallsensor an einer Stelle der Hohlkehle positioniert wird, an welcher eine Innentangente im Hohlraum des Ventilkopfes parallel zu einer Außentangente an der Hohlkehle verläuft und wobei gleichzeitig der Ultraschallsensor derart zu diesen beiden Tangenten ausgerichtet wird, dass der aus- gesandte Ultraschall senkrecht zu diesen Tangenten und senkrecht in die Oberfläche der Hohlkehle eingeleitet wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nicht nur auch vergleichsweise dünne Wandstärken von beispielsweise 0,8 bis 3 mm äußerst exakt vermessen, sondern es ist insbesondere auch möglich, die Wandstärke bei einem Hohlventil mit einem mittels elektrochemischem Abtragen hergestellten Hohlraum im Ventilkopf exakt zu erfassen und dadurch die vergleichsweise hohe Qualitätsanforderungen im Bereich der Hohlventile zu erfüllen. Die Stelle, an welcher der Ultraschallsensor im Bereich der Hohlkehle positioniert werden muss, kann bereits vorab von einem Konstrukteur festgelegt werden, so dass eine entsprechende Prüfvorrichtung den Ultraschallsensor bereits definiert auf diese Stelle ansetzt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ultraschallsensor an einem Bereich von 20° < α < 40° relativ zu einer Tellerplanfläche angeordnet. In diesem Winkelbereich liegt üblicherweise diejenige Stelle an der die Tangenten beider gekrümmter Flächen, das heißt der innenliegenden Hohlraumoberfläche und der außenliegenden Hohlkehlenoberfläche parallel zueinander verlaufen. Durch die exakte Definition dieser Stelle und Auswahl dieses Winkelbereichs ist auch eine hohe Wiederhohlgenauigkeit der Messung bzw. Prüfung möglich.

Zweckmäßig erfolgt die Messung in einem Fluid, insbesondere in Öl, einem aufgetragenen Kontaktgel oder in mit einem Korrosionsschutz versehenem Wasser. Der Ultraschallsensor benötigt für die Übertragung der Schallwellen ein geeignetes Medium um den Spalt zwischen Sensorkopf und Ventil überbrücken zu können. Mit einem Kontaktgel kann dies beispielsweise erreicht werden. Zweckmäßiger ist es aber das komplette Hohlventil zumindest im zu vermessenden Bereich in ein Fluid zu tauchen, in das auch der Ultraschallsensor getaucht ist. Dies ist einfach zu gestalten und kosteneffizient, da das Fluid lange zeit verwendet wer- den kann, wohin gegen ein Kontaktgel nach Verwendung abgewaschen werden muss.

Generell sollte die Oberflächenqualität des Hohlventils sowohl außen im Bereich des Schaftes bzw. im Bereich der Hohlkehle als auch innen im Bereich des Hohlraums als RZ25, insbesondere auch kleiner als RZ12 sein und darüber hinaus wenige Rillen aufweisen, die die Wandstärkenmessung verfälschen würden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zu vermessende Hohlventil während der Messung gedreht oder aber es werden gleichzeitig zwei oder vier Ultraschallsensoren auf das zu vermessende Hohlventil gerichtet. Wird lediglich ein einziger Ultraschallsensor verwendet, so können unterschiedliche Messpunkte durch ein einfaches Drehen des Hohlventils um seine Schaftachse angefahren werden. Um die Messzeit insgesamt zu reduzieren, können selbstverständlich auch mehrere in Umfangsrichtung verteilte Ultraschallsensoren vorgesehen werden, die vorzugsweise gleichzeitig eine Wandstärkenmessung durchführen, wodurch insbesondere auch ein Drehen des Hohlventils zwischen zwei Messungen entfallen kann. Dabei ist es selbstverständlich unerheblich in welcher Lage, beispielsweise mit dem Ventilboden nach unten oder nach oben, die Messung durchgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlventils mit einem hohlen Ventilkopf anzugeben, bei welchem mittels Bohren und/oder elektrochemischem Abtragen (ECM) ein Hohlraum in das Hohlventil bzw. in das zunächst noch als Vollventil ausgebildete Ventil eingebracht wird. Unmittelbar nach dem Einbringen des Hohlraums wird dann eine Wandstärke des Hohlventils am Schaft und/oder an der Hohlkehle mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens gemessen. Dies bietet den großen Vorteil, die Wandstärkenmessung bereits in einem frühen Fertigungsschritt zu integ- rieren, so dass ein Hohlventil mit ungenügender Wandstärke bereits frühzeitig, insbesondere vor weiteren teuren Arbeitsschritten (Schleifen/Beschichten) ausgesondert werden kann. Hierdurch kann der Herstellungsprozess insgesamt kostengünstiger gestaltet werden. Zudem ist eine taktile Vermessung aufgrund der beengten Platzverhältnisse und die einzige Zugangsmöglichkeit durch eine enge Schaftbohrung nur mittels einer speziellen und äußerst aufwändigen Messeinrichtung möglich, die zudem für eine Serienmessung wegen einer langen Messdauer kaum geeignet wäre. Des Weiteren ist eine taktile Messung bei einem fertig montierten Ventil mit eingefülltem Kühlmedium und verschlossenem Ventilschaft nicht mehr möglich.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch ein Hohlventil bei Messung einer

Wandstärke im Bereich eines Ventilschafts, Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch ein Hohlventil in einem mittels elektrochemischen Abtragen hergestellten Hohlraum bei der Wandstärkenbestimmung im Bereich des Hohlraums,

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 zwei Diagramme zur Visualisierung der Wandstärkenabweichung,

Fig. 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 3 mit insgesamt vier Ultraschallsensoren.

Entsprechend der Fig. 1 , wird eine Wandstärke b _s eines Hohlventils 1 im Bereich eines Ventilschafts 2 mittels zumindest eines Ultraschallsensors 3 ermittelt, wobei der Ultraschallsensor 3 derart zur Oberfläche am Ventilschaft 2 ausgerichtet ist, dass der ausgesandte Ultraschall senkrecht in die Oberfläche, hier also senkrecht zur Achse des Hohlventils 1 eingeleitet wird. Der Ultraschallsensor 3 ist dabei nicht nur zur Aussendung, sondern auch zur Aufnahme eines reflektierten Ultraschallsignals ausgebildet, welches dann mittels einer Auswerteeinheit 4 ausgewertet werden kann. Wie der Darstellung aus Fig. 1 zu entnehmen ist, weist das Hohlventil 1 einen gebohrten Hohlraum 5 auf, der sich nicht nur über den Ventilschaft 2 sondern bis in den Bereich des Ventilkopfes 6 erstreckt.

Im Unterschied dazu besitzt das gemäß der Fig. 2 dargestellte Hohlventil 1 im Bereich seines Ventilkopfes 6 eines mittels elektrochemischen Abtragen (ECM) hergestellten Hohlraum 5', wobei die Wandstärke bi oder b ₂ eines derartig hergestellten Hohlraums 5' aufgrund des Herstellungsprozesses des Hohlraums 5' deutlich schwieriger zu erfassen ist. Die Wandstärke bi liegt dabei im Bereich eines Ven- tilbodens 7, der durch eine Tellerplanfläche 8 definiert ist. Die Wandstärke b ₂ hingegen liegt im Bereich einer Hohlkehle 9. Zur Ermittlung der Wandstärke b ₂ wird nun der Ultraschallsensor 3 an einer Stelle der Hohlkehle 9 positioniert, an welcher eine Innentangente 10 im Hohlraum 5' parallel zu einer Außentangente 1 1 an der Hohlkehle 9 verläuft und wobei der Ultraschallsensor 3 derart zu diesen Tangenten 10, 1 1 ausgerichtet wird, dass der ausgesandte Ultraschall senkrecht in die Oberfläche und zugleich senkrecht zu den beiden Tangenten 10, 1 1 in den Ventilkopf 6 des Hohlventils 1 eingeleitet wird. Das senkrechte Einleiten des Ultraschalls ermöglicht eine exakte Wandstärkenbestimmung.

Betrachtet man die Fig. 2 weiter, so kann man erkennen, dass der Ultraschallsensor 3 in einem Bereich von 20° < α < 40° relativ zur Tellerplanfläche 8 angeordnet wird, in diesem Winkelbereich normalerweise diejenige Stelle liegt, an welcher die beiden Tangenten 10, 1 1 parallel zueinander verlaufen.

Gemäß der Fig. 3 ist eine Vorrichtung 12 zur Durchführung des Messverfahrens gezeigt, wobei die Vorrichtung 12 einen das zu messende Ventil haltenden Arm 13 aufweist. Dieser Arm 13 ist dabei nicht nur in der Lage, das zu vermessende Hohlventil 1 um eine Ventilachse 14 zu drehen, so dass mehrere Messpunkte bzw. mehrere Wandstärken b _s , b ₂ im Bereich des Ventilschafts 2 bzw. der Hohlkehle 9 erfasst werden können, sondern er ist zudem auch in der Lage, das zu vermessende Hohlventil 1 in ein Fluid 15, beispielsweise in Öl oder in mit einem Korrosionsschutz versehenem Wasser, zu tauchen, so dass die eigentliche Messung der Wandstärke b in dem Fluid 15 erfolgt. Dies ist erheblich einfacher, kostengünstiger und auch besser automatisierbar zu bewerkstelligen als eine Messung mittels Kontaktgel, das erst aufgetragen und nach der Messung wieder entfernt werden muss. Um einen möglichst hohen Qualitätsanspruch erfüllen zu können, sollte die Prüfung der Wandstärke bi bzw. b ₂ oder die Wandstärke b _s des Ventilschafts 2 an mehreren Punkten erfolgen, wobei es prinzipiell zwei unterschiedliche Verfahrensvarianten gibt. Gemäß der in der Fig. 3 dargestellten Vorrichtung 12 wird das zu vermessende Hohlventil 1 während bzw. zwischen zwei Messungen um seine Ventilachse 14 gedreht. Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass gleichzeitig zwei oder wie in der Fig. 5 gezeigt ist vier Ultraschallsensoren 3 auf das zu messende Hohlventil 1 gerichtet werden, wodurch insbesondere auch die Taktzeit zur Durchführung der Wandstärkenmessung reduziert werden kann.

In Fig. 4 sind zwei Diagramme dargestellt, die eine Wandstärkenabweichung im Ventilschaft 2 bei einem Schlechtteil (obere Darstellung) und bei einem Gutteil (untere Darstellung) zeigen. Deutlich erkennbar ist dabei, dass die Wandstärkenabweichung beim unten dargestellten Gutteil eng um die Nulllinie verläuft, wogegen sie in der oberen Darstellung beim Schlechtteil vergleichsweise weit streut. Derartige Schlechtteile sind somit vorzugsweise bereits in einem frühen Fertigungsschritt des Hohlventils 1 auszusondern, insbesondere direkt nach dem Herstellen des Hohlraums 5, 5' und vor allem vor weiteren teuren und arbeitsintensiven Fertigungsschritten, wie beispielsweise einem Schleifen oder Beschichten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 ist es somit möglich, eine 100%-Prüfung der hergestellten Hohlventile 1 durchzuführen, wodurch eine hohe Qualität gewährleistet werden kann.

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