Evaluierung und Optimierung eines Bearbeitungsprozesses zur Herstellung eines Ventilsitzes für Gas-Direktinjektoren

Abstract

Die HOERBIGER Holding AG ist ein Unternehmen, welches mit performancebestimmenden Produkten und Services in vielen unterschiedlichen Branchen die Bedürfnisse der Kunden und Partner aus unterschiedlichen Industrien erfüllt. Im stark wachsenden Bereich der Engines -Injektortechnik entstand die Diplomarbeit Evaluierung und Optimierung eines Bearbeitungsprozesses zur Herstellung eines Ventilsitzes für Gas Direktinjektoren. Hintergrund der Arbeit sind neue fertigungstechnische Möglichkeiten zur Fertigung der Ventilsitze und steigende Dichtheitsanforderungen an die Gas-Direktinjektoren. Ziel im Rahmen dieser Arbeit ist die Reproduktion von bereits bekannten Prozessschritten durch Fräsprozesse (bzw. Stechprozesse) nachzubilden. Die Analyse und Ausschöpfung weiterer Optimierungspotentiale während den fertigungstechnischen Arbeiten sind erwünscht. Bewertungsgrundlage der neu gefertigten Sitze wird anhand der vorhandenen geometrischen Produktspezifikation, beziehungsweise der Ergebnisse der Dichtheitsprüfung betrachtet. Besonderes Hauptaugenmerk besteht auf den Vergleich im Hinblick der neuen gefrästen Ventilsitze und den derzeit bestehenden gedrehten Ventilsitzen. Nach erfolgter umfangreicher Bearbeitung dieser Thematik durch verschiedenste Versuchsreihen, soll eine umfassende Bewertungsgrundlage die Basis für zukünftige fertigungstechnische Entscheidungen darstellen. Die geometrische Auswertung der Versuchsreihen zeigte die erfolgreiche Realisierbarkeit der Fräsprozesse an den Ventilsitzen. Neben der Erfüllung der geometrischen Produktspezifikationen, lieferten die Ergebnisse der Dichtheitsprüfung etwas schlechtere Ergebnisse als die zu vergleichenden gedrehten Ventilsitze. Die Analyse über mögliche Einflussfaktoren auf das Dichtheitsverhalten, zeigte die Korrelation der Flächenrauheit Sa (für ein bestimmtes Flächenstück) mit der austretenden Leckage. In der tiefergreifenden Untersuchung wurden Versuchsreihen mit einer neu entwickelten, geometrisch veränderten Dichtflächenkontur getestet. Die Ergebnisse jener Spezialkontur, zeigten eine deutliche Verbesserung der Dichtheit der Injektoren und lieferten einen höchst positiven Ausblick für weitere Untersuchungen. Zusammenfassend konnte die Anwendung der neuen Fertigungsstrategie Fräsen, erfolgreich nachgebildet werden. Obwohl der etablierte Drehprozess schon mehrfach optimiert wurde, konnten die neuerdings gefrästen Sitze ebenfalls die Anforderungen für Gas-Direktinjektoren erfüllen. Zusätzlich konnte durch die Analyse mehrerer Einflussfaktoren, neue Erkenntnisse über das Leckagverhalten der Injektoren gefunden werden. Insgesamt wurde somit eine umfangreiche Bewertungsgrundlage geschaffen, welche sich für zukünftige Entscheidungen an großer Relevanz erfreut.

The HOERBIGER Holding AG is a company that satisfies the needs of customers and partners in various industries with performance-determining products and services. In the rapidly growing field of Engines - Injector Technology, the thesis Evaluation and Optimization of a Machining Process for the Series Production of a Valve Seat for Gas Direct Injectors was developed.The background of the work involves additional manufacturing options for producing valve seats and increasing leckage requirements for gas direct injectors. The goal of this work is to reproduce already known process steps through milling processes. The identification and analysis of further optimization potentials during the milling processes are desired. The evaluation basis for the newly manufactured seats is considered based on the existing geometric product specification and the results of the leakage test. Special attention is given to the comparison between the newly milled valve seats and the currently existing turned valve seats. After extensive processing of this topic through various experimental series, a comprehensive evaluation basis is intended to serve as the foundation for future manufacturing decisions. The geometric evaluation of the experimental series showed the successful feasibility of milling processes on the valve seats. In addition to meeting the geometric product specifications, the results of the leakage test were slightly poorer results than the comparable turned valve seats. The analysis of possible influencing factors on leakage behavior revealed the correlation of surface roughness Sa for a specific surface area with the leaking leakage. In a more in-depth investigation, experimental series were tested with a newly developed geometric sealing surface contour. The results of this special contour could outperform all previous experimental series in terms of the amount of injector leckage, thus delivering highly positive results.In summary, the implementation of the new manufacturing strategy, milling, could be positively replicated. Although the established turning process has been optimized several times, recently milled seats have also been able to meet the requirements for gas direct injectors. Additionally, through the analysis of various influencing factors, new insights into the leakage behavior of injectors were discovered. Overall, a comprehensive evaluation basis was established, which proves to be highly relevant for future decisions.