5.1 Untersuchung der Versuchsmuster und Erfassung der Brennraumvolumina
5.1.2 Vergleich von CT-Analyse und manueller Volumenerfassung
Bauteil 02 Bauteil 03 Bauteil 04 Bauteil 05 Bauteil 06
-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5
BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4
Differenzvolumen [cm3]
Vergleich des Differenzvolumens zwischen Volumenerfassung und CT-Scan ZAV-Merkmal innerhalb der Toleranzanforderungen
manuelle Volumenerfassung CT-Scan
Abbildung 5-35:Vergleich des ermittelten Brennraumvolumens zwischen manueller Volumenbestimmung und CT-Scan für das ZAV-Merkmal mit der Merkmalausprägung innerhalb des Toleranzbandes
Bauteil 07 Bauteil 08 Bauteil 09 Bauteil 10 Bauteil 11
-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4
Differenzvolumen [cm3]
Vergleich des Differenzvolumens zwischen Volumenerfassung und CT-Scan ZAV-Merkmal außerhalb der Toleranzanforderungen
manuelle Volumenerfassung CT-Scan
Abbildung 5-36:Vergleich des ermittelten Brennraumvolumens zwischen manueller Volumenbestimmung und CT-Scan für das ZAV-Merkmal mit der Merkmalausprägung außerhalb des Toleranzbandes
Das Vol Merkmal zeigt bei den verkleinerten Brennräumen von Bauteil 12 vergrößerte BR-Volumen, wohingegen die Auslitermessung negativ orientierte BR-Volumen aufweisen (siehe Abbildung 5 -37). Der Vergleich mit dem dreidimensionalen Bauteilscan zeigt, dass die gefor-derten Maße gemäß der Anforderungsmatrix (vgl. Anhang A-2.) eingehalten wurden, sodass eine Brennraumverkleinerung zu erwarten ist. Abbildung 5 -38 zeigt an ausgewählten Messpunkten den Zustand der Brennraumoberfläche nach der Rohteilfertigung. Die Messung zeigt den relati-ven Abstand zur Idealkontur, wobei positive Werte einen Materialauftrag markieren. Werden die Werte auf das resultierende Brennraumvolumen übertragen, ist eine Brennraumverkleinerung zu erwarten. Dies wird durch die manuelle Volumenbestimmung, wie erwartet, wiedergegeben.
Demzufolge ist bei der Volumenbestimmung mit den CT-Daten eine Überbewertung des vorhan-denen Materialoffsets erfolgt, sodass ein zu großes Brennraumvolumen resultiert.
Bauteil 12 Bauteil 13 Bauteil 14 Bauteil 15 Bauteil 16
-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4 BR1 BR2 BR3 BR4
Differenzvolumen [cm3]
Vergleich des Differenzvolumens zwischen Volumenerfassung und CT-Scan BR-Vol Merkmal
manuelle Volumenerfassung CT-Scan
Abbildung 5-37: :Vergleich des ermittelten Brennraumvolumens zwischen manueller Volumenbestim-mung und CT-Scan für das BR-Vol-Merkmal
Brennraum 1 Messpunkt 2
+0,32 mm
Brennraum 1 Messpunkt 3
+0,31 mm Brennraum 1 Messpunkt 1
+0,29 mm
Brennraum 1 Messpunkt 4
+0,17 mm Brennraum 2
Messpunkt 2 +0,34 mm Brennraum 3
Messpunkt 1 +0,28 mm
Brennraum 2 Messpunkt 1
+0,29 mm Brennraum 4
Messpunkt 2 +0,33 mm
Brennraum 2 Messpunkt 3
+0,34 mm Brennraum 2
Messpunkt 4 +0,17 mm Brennraum 3
Messpunkt 2 +0,34 mm
Brennraum 3 Messpunkt 3
+0,32 mm Brennraum 3
Messpunkt 4 +0,17 mm Brennraum 4
Messpunkt 3 +0,33 mm
Brennraum 4 Messpunkt 1
+0,28 mm
Brennraum 4 Messpunkt 4
+0,18 mm
3D-Prüfung Bauteil 12
Abbildung 5-38:Messung der Brennraumabweichung mittels 3D-Koordinatenmessmaschine und Darstel-lung ausgewählter Messpunkte für den Sollmatrixvergleich von Bauteil 12
Bei Bauteil 14 ist das gleiche Verhalten zu beobachten. Die CT-Auswertung identifiziert positive Volumendifferenzen der Brennräume 1 und 4, sodass eine Abweichung gegenüber dem Sollzu-stand ableitbar ist. Die manuelle Volumenbestimmung zeigt demgegenüber eine negative Volu-mendifferenz an. Werden die Werte mit den Daten der Koordinatenmessung verglichen(vgl. Ab-bildung 5 -39), wird die Sollmatrix eingehalten. Die Volumendifferenzierung zeigt in diesem Fall deutlich, dass die Brennraumvolumen gegenüber der Zielvorgabe nach der Zylinderkopfbe-arbeitung stark abweichen. Dies ist nicht auf die Messverfahren zurückzuführen. Die spanende Bauteilbearbeitung hat einen erheblichen Einfluss auf den Endzustand des Bauteils. Durch das Planfräsen wird der Brennraum verkleinert, wie bei Bauteil #12 bei allen Brennräumen am Ver-gleich der CT-Analyse und der Manuellen Volumenerfassung zu sehen ist. Am Beispiel von Bauteil #14 sind die Brennraumdachausrichtungen unterschiedlich zu bewerten. BR1 und BR4 haben eine negative Brennraumdachausrichtung, wohingegen BR2 und BR3 dem Nennmaß
ori-entiert sein sollten. Aufgrund der Ventilsitzringbohrung werden Bereiche um die Einlass- und Auslassventile bearbeitet. Anschließend werden die Ventilsitzringe eingepresst. Die relative Lage der Ventilsitzringe ist, wird die Werkzeugtoleranzen vernachlässigt, die Gleiche. Das heißt, bei verkleinerten Brennraumvolumen verringert sich das Volumen, das durch die Ventilsitzringe eingenommen wird.
Brennraum 1 Messpunkt 2
+0,35 mm
Brennraum 1 Messpunkt 3
+0,38 mm Brennraum 1 Messpunkt 1
+0,28 mm
Brennraum 1 Messpunkt 4
+0,12 mm Brennraum 2
Messpunkt 2 +0,05 mm Brennraum 3
Messpunkt 1 -0,02 mm
Brennraum 2 Messpunkt 1
-0,02 mm Brennraum 4
Messpunkt 2 +0,34 mm
Brennraum 2 Messpunkt 3
+0,06 mm Brennraum 2
Messpunkt 4 -0,06 mm Brennraum 3
Messpunkt 2 +0,09 mm
Brennraum 3 Messpunkt 3
+0,06 mm Brennraum 3
Messpunkt 4 -0,05 mm Brennraum 4
Messpunkt 3 +0,36 mm
Brennraum 4 Messpunkt 1
+0,26 mm
Brennraum 4 Messpunkt 4
+0,15 mm
3D-Prüfung Bauteil 14
Abbildung 5-39:Messung der Brennraumabweichung mittels 3D- Koordinatenmessmaschine und Dar-stellung ausgewählter Messpunkte für den Sollmatrixvergleich von Bauteil 14
An Bauteil #16 zeigt der direkte Vergleich von manueller Volumenbestimmung und CT-Daten Auswertung eine Vergrößerung aller Brennräume. Werden die Koordinatenmessungen hinzuge-zogen (vgl. Abbildung 5 -40), ist eine tendenziell höhere Volumenverkleinerung der Brennräu-me 2 und 3 gegenüber der VoluBrennräu-menvergrößerung von Brennraum 1 und 4 nachvollziehbar. Al-lerdings sind die Merkmalausprägungen jeweils außerhalb der Toleranzanforderungen ausgebil-det. Die CT-Werte zeigen eine überproportional große Ausprägung der Brennräume 2 und 3.
Dies lässt vermuten, dass die Korrektur der CAD-Kontur unzureichend implementiert wurde.
Durch eine zu hohe Korrektur der Zylinderachse entsteht eine Überbewertung des Brennraumvo-lumens und es folgt ein stark verkleinerter Brennraum.
Es zeigt sich, dass Tendenzen in der Messwerterfassung des Rohbauteils ableitbar sind. Zusätz-lich zu der CT-Datenauswertung sind relative Faktoren zu berücksichtigen. Durch das Einbezie-hen der Erstaufnahmestellen und eine Modellbeschreibung der Werkzeugmaschinen zur Berück-sichtigung von abzutragenden Flächen kann eine genauere Abschätzung der Brennraumvolumen erfolgen.
Die Messwerterfassung bei der manuellen Volumenbestimmung wurde nach der verarbeitenden Bearbeitung des Bauteils durchgeführt. Daher werden diese Messwerte für die weitere Mess-wertbetrachtung herangezogen.
Brennraum 1 Messpunkt 2
-0,26 mm
Brennraum 1 Messpunkt 3
-0,25 mm Brennraum 1 Messpunkt 1
-0,24 mm
Brennraum 1 Messpunkt 4
-0,22 mm Brennraum 2
Messpunkt 2 +0,30 mm Brennraum 3
Messpunkt 1 +0,30 mm
Brennraum 2 Messpunkt 1
+0,31 mm Brennraum 4
Messpunkt 2 -0,28 mm
Brennraum 2 Messpunkt 3
+0,33 mm Brennraum 2
Messpunkt 4 +0,15 mm Brennraum 3
Messpunkt 2 +0,30 mm
Brennraum 3 Messpunkt 3
+0,33 mm Brennraum 3
Messpunkt 4 +0,16 mm Brennraum 4
Messpunkt 3 -0,22 mm
Brennraum 4 Messpunkt 1
-0,27 mm
Brennraum 4 Messpunkt 4
-0,22 mm
3D-Prüfung Bauteil 16
Abbildung 5-40:Messung der Brennraumabweichung mittels 3D- Koordinatenmessmaschine und Dar-stellung ausgewählter Messpunkte für den Sollmatrixvergleich von Bauteil 16