Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. einer Vorrichtung nach der Gattung des Anspruchs 6. Es ist schon ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt (DE 39 25 043 C2) , bei dem das bewegliche Ventilteil mit der Ventilsitzfläche des Ventilsitzkörpers in Berührung gebracht und in eine Rotationsbewegung versetzt wird, wobei eine parallel zur Drehachse wirkende Schwingungsbewegung mit hoher Frequenz auf den Ventilsitzkörper und das bewegliche Ventilteil übertragen wird. Dabei werden zwar Oberflächen mit sehr hoher Oberflächengüte erzeugt, die eine gute Dichtheit des Ventiles gewährleistet, jedoch ist dabei für die Montage des Ventiles nachteilig, daß die einzelnen Paarungen von beweglichem Ventilteil und Ventilsitzkörper, die nach dem bekannten Verfahren behandelt wurden, erhalten bleiben müssen, was den Montageablauf stört.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 6 haben demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise eine Verbesserung der Oberflächengüte von rotationssymmetrischen Ventilsitzflächen erzeugt wird, so daß die Dichtheit des Ventiles im Zusammenspiel mit Dichtflächen an dem beweglichen Ventilteil wesentlich verbessert wird, ohne daß eine spanabtragende Bearbeitung erforderlich ist. Die elastische Verformung zwischen der Ventilsitzfläche und dem Werkzeugkörper aufgrund der Hertz' sehen Pressung bewirkt eine relativ breite, geglättete Spur an der Ventilsitzfläche, in der die

Oberflächenrauhigkeit vermindert ist, ohne eine nennenswerte Vertiefung in der Ventilsitzfläche des Ventilsitzkörpers. Während der Montage des Ventiles mit dem erfindungsgemäß behandelten Ventilsitzkörper muß im Gegensatz zu einem nach dem bekannten Verfahren behandelten Ventilsitzkörper keine vorbestimmte Paarung mit einem beweglichen Ventilteil beachtet werden.

Durch die in den Ansprüchen 2-5 und 7-12 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und

Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens bzw. der im Anspruch 6 angegebenen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, eine Werkzeugkδrperdrehachse, um die der Werkzeugkörper gedreht wird, gegenüber einer in Längsrichtung des Ventilsitzkörpers verlaufenden Ventilsitzkörperachse zu neigen, wodurch ein in einem Bereich der Berührungsfläche zwischen Ventilsitzkörper und Werkzeugkörper eingebrachtes Gleitmittel stets wieder neu an

die Berührungfläche herangebracht wird und sich an der Berührungsfläche eine Schmierschicht aufbaut, die ein „Fressen" zwischen Ventilsitzkörper und Werkzeugkörper verhindert. Vorteilhaft ist es ebenfalls, die Ventilsitzkörpereinspanneinheit der Vorrichtung aus einem Aufnahmekörper und einem Niederhalterkörper auszubilden, wodurch ein einfaches Einsetzen, Fixieren und Entfernen des Ventilsitzkörpers möglich ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Vorrichtung zur Herstellung von rotationssymmetrischen

Ventilsitzflächen an Ventilen, Figur 2 eine Teildarstellung der Vorrichtung nach Figur 1 in größerem Maßstab.

Beschreibung des Auführungsbeispieles

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von rotationssymmetrischen Ventilsitzflächen mit hoher Oberflächengüte an Ventilen dargestellt, die einen Vorrichtungsrahmen 1 aufweist, an dem eine Werkzeughalteeinheit 2 und eine

Ventilsitzkörpereinspanneinheit 3 gelagert sind. Werkzeughalteeinheit 2 und Ventilsitzkörpereinspanneinheit 3 sind axial in Richtung der Längsachse des Vorrichtungsrahmens 1 verschiebbar. Die Werkzeughalteeinheit 2 hat einen Lagerblock 4 mit einer gegenüber der Längsachse des Vorrichtungsrahmens 1 geneigt verlaufenden Lagerbohrung 5, in der Lagerbuchsen 6 angeordnet sind, die als Gleitlager für einen Werkzeugaufnahmekörper 8 dienen, der sich somit drehbar gelagert durch die Lagerbohrung 5 des Lagerblocks 4 hindurch erstreckt. Mit dem Werkzeugaufnahmekörper 8 ist

eine Riemenscheibe 9 verbunden, an der ein Antriebsriemen 10 angreift und den Werkzeugaufnahmekorper 8 in Pfeilrichtung 11 verdreht. Anstelle des Riemenantriebes kann auch der Werkzeugaufnahmekorper 8 direkt oder über ein Getriebe durch einen Elektromotor angetrieben werden. Auf der der

Riemenscheibe 9 abgewandten Seite des Lagerblocks 4 ist auf dem Werkzeugaufnahmekorper 8 eine Anschlagscheibe 12 befestigt. An dem der Riemenscheibe 9 abgewandten Ende des Werkzeugaufnahmekörpers 8 ist, wie auch die Figur 2 zeigt, ein kugelförmiger Werkzeugkörper 15 befestigt. Der

Werkzeugkörper 15 wird vorzugsweise durch einen Kugelkörper gebildet, der an einer Endfläche 16 des

Werkzeugaufnahmekörpers 8 anliegt und daran gehalten wird. Hierzu geht von der Endfläche 16 ein gestrichelt dargestellter Innenkegel 19 ins Innere des

Werkzeugaufnahmekörpers 8 aus, der den Kugelkörper zentriert . Gehalten wird der Werkzeugkörper 15 am Werkzeugaufnahmekorper 8 z. B. durch Kleben, Löten oder ähnliches oder durch Erzeugung von Unterdruck im Innenkegel 19. Zusammen mit dem Werkzeugaufnahmekorper 8 ist der

Werkzeugkörper 15 um eine Werkzeugkörperdrehachse 17, die auch die Längsachse des Werkzeugaufnahmekörpers 8 ist, verdrehbar. An dem Lagerblock 4 greift eine Zugfeder 18 mit ihrem einen Ende an, die mit ihrem anderen Ende an dem Vorrichtungsrahmen l befestigt ist und auf die

Werkzeughalteeinheit 2 eine Kraft zur Verschiebung in Richtung zur Ventilsitzkδrpereinspanneinheit 3 hin ausübt.

Die Ventilsitzkδrpereinspanneinheit 3 weist einen Grundkörper 21, einen Niederhalterkörper 22 und einen

Aufnähmekörper 23 auf. Der Aufnahmekörper 23 ist topfförmig ausgebildet und überragt radial mit einem Bodenteil 24 einen feststehend mit dem Vorrichtungsrahmen 1 verbundenen Lagerkörper 25. In Längsrichtung verlaufend weist der Lagerkörper 25 einen Durchgangskanal 28 auf, durch den sich

das aus dem Lagerblock 4 herausragende Ende des Werkzeugaufnahmekσrpers 8 derart erstreckt, daß der Werkzeugkörper 15 sich zumindest teilweise innerhalb einer gestuften Aufnahmeöffnung 29 im Bodenteil 24 des Aufnahmekörpers 23 befindet. Die Aufnahmeöffnung 29 durchdringt das Bodenteil 24 und hat dem Lagerkörper 25 zugewandt einen ersten Abschnitt 30, der an einer Aufnahmestufe 31 in einen zweiten Abschnitt 32 mit größerem Durchmesser übergeht. Auf den Lagerkδrper 25 ist ein Wälzlager 35 aufgesetzt und auf das Wälzlager 35 der

Aufnahmekörper 23 mit seinem Zylindermantel 36, so daß der Aufnahmekörper 23 am Vorrichtungsrahmen 1 drehbar um den Lagerkörper 25 gelagert ist. Auf der dem Lagerblock 4 abgewandten Seite des Aufnahmekörpers 23 ist der Grundkörper 21 axial beweglich am Vorrichtungsrahmen 1 gelagert.

In eine Lagerδffnung 37 des Grundkörpers 21 sind zwei Wälzlager 38 mit einem axialen Abstand zueinander eingepreßt, wozu zwischen den Wälzlagern 38 Abstandshülsen 39 angeordnet sind. Die äußere Abstandshülse 39 wird durch wenigstens eine den Grundkorper 21 durchdringende Klemmschraube oder einen Stift fixiert. In die Wälzlager 38 ist ein Schaftkörper 42 des Niederhalterkörpers 22 eingepreßt, der damit teilweise in den Grundkörper 21 ragt. Der Niederhalterkörper 22 weist ebenfalls einen Kragenkörper 43 auf, der sich an das aus dem Grundkörper 21 herausragende Ende des Schaftkörpers 42 anschließt und dem Aufnahmekörper 23 zugewandt ist. An dem Kragenkörper 43 ist ein elastischer Ringkörper 44 angeordnet, mit dem der Kragenkδrper 43 an den Aufnahmekörper 23 anlegbar ist und diesen bei einer

Verdrehung des Niederhalterkörpers 22 durch Reibschluß in die gleiche Drehrichtung mitnimmt. In einer im Schaftkörper 42 und im Kragenkörper 43 des Niederhalterkörpers 22 vorgesehenen Gleitbohrung 45 ist ein Stößel 46 gleitbar gelagert, der durch eine Druckfeder 49 in Richtung zum

Aufnahmekörper 23 hin beaufschlagt wird. Die Federkraft der Druckfeder 49 ist größer als die. Federkraft der Zugfeder 18. An dem aus dem Kragenkörper 43 herausragenden Ende des Stößels 46 ist ein vorzugsweise elastisch ausgebildeter Andruckkörper 50 angeordnet. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungbeispiel der Vorrichtung ist das den Andruckkörper 50 aufnehmende Ende des Stößels 46 mit wenigstens zwei Flächen 51 am Umfang versehen und ragt in einen Mitnahmering 52, der mittels einer Schraube 53 innerhalb des Kragenkörpers 43 gehalten wird und eine Mitnahmeöffnung 56 hat, die mit den Flächen 51 korrespondierende Flächen aufweist, so daß bei einer Verdrehung des Niederhalterkörpers 22 der Stößel 46 durch den Mitnahmering 52 zu der gleichen Drehbewegung veranlaßt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist statt einem Mitnahmering in der Wandung des Stößels 46 eine Mitnahmenut 57 ausgebildet, in die ein die Wandung des Schaftkörpers 42 durchdringender Mitnahmestift 58 ragt.

Dem Kragenkörper 43 abgewandt ragt in die Gleitbohrung 45 ein Übertragungsbolzen 59, an dem das dem Stößel 46 abgewandte Ende der Druckfeder 49 anliegt und der von einem ersten Querstift 60 durchdrungen wird, der auch die Wandung des Schaftkörpers 42 durchdringt, so daß der Übertragungsbolzen 59 und der Schaftkörper 42 fest miteinander gekoppelt sind. Das aus dem Schaftkörper 42 herausragende Ende des Übertragungsbolzens 59 wird von einem zweiten Querstift 63 durchdrungen und ragt in eine Kupplungshülse 64, die dem Übertragungsbolzen 59 zugewandt, gabelförmig ausgebildet ist und mit Längsnuten 65 über den aus dem Übertragungsbolzen 59 herausragenden zweiten Querstift 63 greift, so daß bei einer Verdrehung der Kupplungshülse 64 der Übertragungsbolzen 59 in der gleichen Drehrichtung mitgenommen wird. In eine Kupp1ungsÖffnung 66 der Kupplungshülse 64 ragt eine Drehwelle 67 eines am

Grundkörper 21 befestigten Elektromotors 70 und ist über eine Paßfeder 71, die in einer Federnut 72 der Kupplungsöffnung 66 und in die Drehwelle 67 ragt, drehfest verbunden, so daß der Elektromotor 70 über die Kupplungshülse 64 den Niederhalterkörper 22 in Pfeilrichtung 73 verdrehen kann, die der Drehrichtung des Werkzeugaufnahmekörpers 8 in Pfeilrichtung 11 entgegengesetzt ist.

In den Figuren 1 und 2 ist die

Ventilsitzkδrpereinspanneinheit 3 jeweils in einer Stellung dargestellt, in der ein Ventilsitzkörper 74 auf die Aufnahmestufe 31 der Aufnahmeöffnung 29 des Aufnahmekörpers 23 aufgesetzt ist und durch den Stößel 46 des Niederhalterkörpers 22 in dieser Stellung gehalten wird, in der eine in Längsrichtung verlaufende Ventilsitzkörperachse 77 fluchtend zu einer Längsachse 78 der Ventilsitzkörpereinspanneinheit 3 verläuft. Der Ventilsitzkörper 74 ist zwischen dem Stößel 46 und dem Aufnahmekörper 23 derart fest eingespannt, daß er bei einer Verdrehung des Niederhalterkörpers 22 in Pfeilrichtung 73 in gleicher Weise um die Ventilsitzkörperachse 77 koaxial zur Längsachse 78 verdreht wird. Erfindungsgemäß ist die Werkzeugkδrperdrehachse 17 gegenüber der Ventilsitzkörperachse 77 um einen Winkel α geneigt, der etwa zwischen 2 und 10° liegt, insbesondere 3° beträgt. Der Ventilsitzkδrper 74 weist eine koaxial zur Ventilsitzkörperachse 77 verlaufende und den Ventilsitzkδrper 74 mit gestuften Abschnitten durchdringende Längsbohrung 79 auf, wobei sich an einen Führungsabschnitt 80 mit zur Ventilsitzkörperachse 77 parallelen Wänden der Aufnahmestufe 31 abgewandt ebenfalls als Abschnitt der Längsbohrung 79 eine Ventilsitzfläche 81 anschließt, die

sich von der Aufnahmestufe 31 wegverlaufend konisch verjüngt. Der Ventilsitzkörper 74 findet beispielsweise Verwendung in bekannten Brennstoffeinspritzventilen von Brennstoffeinspritzanlagen für Brennkraftmaschinen, insbesondere gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. In die Längsbohrung 79 des Ventilsitzkörpers 74 ragt der Werkzeugaufnahmekorper mit dem Werkzeugkörper 15 hinein, wobei der kugelförmige Werkzeugkörper 15 mit einer durch die Zugfeder 18 erzeugten Anpreßkraft von etwa zwischen 5 bis 50 N, insbesondere etwa 20 N an die Ventilsitzfläche 81 gepreßt wird. Dabei berühren sich die Ventilsitzfläche 81 und der kugelförmige Werkzeugkörper 15 in einer Berührungsfläche, in der im montierten Zustand des Ventiles ein beweglicher Schließkörper, insbesondere ein kugelförmig ausgebildeter Schließkδrper gleichen Durchmessers wie der Werkzeugkörper 15, dichtend anliegt. Der Ventilsitzkörper 74 ist aus Metall gefertigt, insbesondere aus einem legierten Stahl. Für den kugelförmigen Werkzeugkörper 15 wird ein Material gewählt, das wenigstens die gleiche Härte aufweist, wie der

Ventilsitzkörper 74, z.B. Stahl, Keramik, Glas oder ähnliches. Zur Bearbeitung eines Ventilsitzkörpers 74 wird zunächst der Grundkörper 21 mit dem Niederhalterkörper 22 am Vorrichtungsrahmen 1 entlang der Längsachse 78 derart verschoben, daß er einen ausreichend großen Abstand zum Aufnahmekörper 23 hat, um es zu ermöglichen, den Ventilsitzkörper 74 in die Aufnahmeöffnung 29 derart einzusetzen, daß er mit der Ventilsitzfläche 81 am Werkzeugkörper 15 anliegt. Bei vom Aufnahmekörper 23 abgehobenem Niederhalterkörper 22 wird die

Werkzeughalteeinheit 2 durch die Kraft der Zugfeder 18 so weit entlang des Vorrichtungsrahmens 1 in Richtung zum

Aufnahmekörper 23 hin verschoben, bis der Lagerblock 4 an einem Anschlagbolzen 84 des Vorrichtungsrahmens 1 zum Anliegen kommt. In dieser Stellung ragt der Werkzeugkörper 15 weiter aus der Aufnahmeöffnung 29 heraus und erleichtert damit das Einfügen des Ventilsitzkörpers 74. Danach wird der Grundkörper 21 mit dem Niederhalterkörper 22 beispielsweise mittels eines Pneumatik- oder Hydraulikzylinders so lange zum Aufnahmekörper 23 hin verschoben, bis der Kragenkörper 43 mit dem Ringkörper 44 am Aufnahmekδrper 23 anliegt und der Ventilsitzkörper 74 durch den Andruckkörper 50 fest an die Aufnahmestufe 31 gepreßt wird. Dabei wird die Werkzeughalteeinheit 2 mit dem Werkzeugkörper 15 entgegen der Kraft der Zugfeder 18 verschoben und hebt von dem Anschlagbolzen 84 ab. In dieser Stellung liegt der Werkzeugkörper 15 mit einer durch die Zugfeder 18 erzeugten Anpreßkraft von beispielsweise 20 N an der Ventilsitzfläche 81 an. Um ein „Fressen" zwischen dem Werkzeugkörper 15 und der Ventilsitzfläche 81 zu vermeiden, ist es zweckmäßig, in den Bereich der Berührungsfläche zwischen Werkzeugkörper 15 und Ventilsitzfläche 81 ein Gleitmittel zuzugeben, beispielsweise ein Öl in Form eines Schleiföles. Das Gleitmittel kann von einer Gleitmittelversorgungseinrichtung 85 über eine bewegliche Gleitmittelleitung 86 in den Bereich der Berührungsfläche zwischen Ventilsitzkörper 81 und Werkzeugkörper 15 vor dem Aufsetzen des Ventilsitzkörpers 74, nach dem Aufsetzen des Ventilsitzkörpers 74 auf den Werkzeugkörper 15 oder während des Bearbeitungsvorganges zugegeben werden. In einer anderen Ausgestaltung wird die Ventilsitzfläche 81 vor dem Aufsetzen des Ventilsitzkörpers 74 auf den Werkzeugkδrper 15 mit Gleitmittel benetzt. Bei eingesetztem Ventilsitzkörper 74 und geschlossener Vorrichtung wird nun der Werkzeugkörper 15 in Pfeilrichtung

11 verdreht und der Ventilsitzkörper 74 in entgegengesetzter Drehrichtung in Pfeilrichtung 73. Dabei dreht sich der Ventilsitzkörper 74 etwa mit 2000 bis 5000 U/min, insbesondere etwa mit 4000 U/min, und der Werkzeugkörper 15 etwa mit 300 bis 1000 U/min, insbesondere mit etwa

500 U/min, und die Bearbeitungszeit beträgt ca. 30 see. Zur Durchführung des Verfahrens ist es nicht zwingend notwendig, daß sich Werkzeugkörper 15 und Ventilsitzkörper 74 in entgegengesetzten Richtungen drehen, vielmehr kann auch einer der Körper 15, 74 stillstehen oder beide Körper 15, 74 drehen sich in gleicher Richtung mit unterschiedlichen Drehzahlen. Die Anpressung des Werkzeugkörpers 15 an die Ventilsitzfläche 81 führt zu einer elastischen Verformung der Ventilsitzfläche 81 im Bereich der Berührungsfläche aufgrund der Hertz'sehen Pressung, wodurch eine relativ breite Glättspur ohne eine nennenswerte Vertiefung in der Ventilsitzfläche erreicht wird, die beim späteren Zusammenfügen mit einem Ventilschließkörper ein dichtes Schließen des Ventiles gewährleistet. Die Neigung der Werkzeugkörperdrehachse 17 gegenüber der

Ventilsitzkörperachse 77 um den Winkel α führt dazu, daß ständig Gleitmittel frisch in den Bereich der Berührungsfläche zwischen Ventilsitzfläche Bl und Werkzeugkörper 15 befördert wird und sich damit stets ein Film des Gleitmittels in der Berührungsfläche aufbaut, der ein „Fressen" verhindert.