Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mittels welcher vorgeschliffene Formteilrohlinge auf Mass geschliffen werden können.

Es ist bekannt, bezüglich ihrer Längsachse symmetrische profilierte Formteile mittels Décolletage und anschliessendem Schleifen herzustellen. Derartige Teile werden, sofern an ihre Masshaltigkeit und Achssymmetrie hohe Anforderungen gestellt werden, herkömmlicherweise nach dem Décolletieren und gegebenenfalls einem Härten in einer Zenterless-Schleifoperation vorgeschliffen und dann in einer oder mehreren Schleifoperationen auf Mass geschliffen.

Dieses auf Mass schleifen der vorgeschliffenen Formteile muss, sofern auch nur ein Ende des Formteiles auf Mass geschliffen werden muss und eine hohe Masshaltigkeit, insbesondere der Zylindrizität oder Konizität eines anderen Bereiches des Formteiles verlangt wird, ein Schleifen zwischen Spitzen sein, das in zwei oder mehr nacheinander geschalteten Schleifoperationen mit dazwischenliegendem Umspannen der Formteile auf der Schleifmaschine, geschieht.

Ein solches Schleifverfahren in mehreren Schleifoperationen bei unterschiedlichen Formteileinspannungen ist sehr arbeitsintensiv und zeitaufwendig und erschwert, wenn nicht sogar verunmöglicht, das genaue Einhalten hochpräziser Masse. Es ist zudem zwangsläufig teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mittels welcher die Nachteile des herkömmlichen auf Mass schleifen vorgeschliffener Formteilrohlinge überwunden und kostengünstig hochpräzise achssymmetrische profilierte Formteile möglichst in einem einzigen Schleifvorgang zwischen Spitzen auf Mass geschliffen werden können, selbst wenn ein Endbereich der Formteilrohlinge dabei mitgeschliffen werden muss.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäss Patentanspruch 1 gelöst.

Dank der Erfindung ist es erstmals möglich, rationell und wirtschaftlich hochpräzise achssymmetrische Formteile, die bisher mittels zwei oder mehreren Schleifoperationen bei unterschiedlichen Einspannungen der Formteilrohlinge auf der Schleifmaschine auf Mass geschliffen werden mussten, in einer einzigen Operation zwischen Spitzen auf Mass zu schleifen. Auch mehrfach abgesetzte Formteile können dank der Erfindung in der Regel in einer einzigen Einspannung zwischen Spitzen fertig auf Mass geschliffen werden, was sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit der Fertigung und die Masshaltigkeit der Formteile auswirkt.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und der dieser zugeordneten Zeichnung hervor. Darin wird die Erfindung an einem speziell schwierigen Massenteil, nämlich einer Düsennadel für Einspritzdüsen, näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

• Fig. 1 eine typische Düsennadel für Einspritzdüsen in Seitenansicht, in vergrössertem Massstab,
• Fig. 2 schematisch die Anordnung einer Vorrichtung, in welcher ein erster Verfahrensschritt zur Herstellung eines Formteiles vorgenommen wird, nämlich die Vorbearbeitung und das bestechen des Rohlings von der Stange, von oben her gesehen,
• Fig. 3 eine erfindungsgemässe Vorrichtung, die dazu dient, den vorgeschliffenen Formteilrohling erfindungsgemäss in einer einzigen Einspannung zwischen Spitzen und in einem einzigen Schleifvorgang fertig auf Mass zu schleifen, von oben her gesehen, teilweise geschnitten,
• Fig. 4 ein Detail der Bearbeitung der Nadelspitze, ebenfalls von oben her gesehen, und
• Fig. 5 ein weiteres Detail der Bearbeitung der Nadelspitze, von oben her gesehen.
• Fig. 1 zeigt in vergrössertem Massstab eine Düsennadel für Benzineinspritzdüsen, wie sie vorteilhafterweise mittels dem erfindungsgemässen Verfahren in der erfindungsgemässen Vorrichtung in einem einzigen Schleifvorgang zwischen Spitzen auf Mass geschliffen werden kann, sofern der dazu benötigte Formteilrohling zumindest die Präzision eines zenterlessgeschliffenen Teiles aufweist oder wie hiernach beschrieben aus einer Stange von Rundstahl herausgeschliffen worden ist. Wenn man bedenkt, dass ein derartiges Teil, das eine Länge von ca 50 mm und einen mittleren Durchmesser von ca 4,8 mm aufweist, auf 0,001 mm genau geschliffen werden muss und an seiner Spitze einen maximalen Schlag von 0,001 mm aufweisen darf, dank der Erfindung, die vorteilhafterweise in Rombination mit dem nachfolgend beschriebenen Herausschleifens des Formteilrohlings aus einer Stange vollautomatisch mit einer einzigen Operation des Schleifens auf Mass zwischen Spitzen herstellbar ist, wird offensichtlich, welch enorme Verbesserungen die Erfindung im auf Mass schleifen und daher der Serienfertigung auch schwieriger hochpräzieser Formteile gegenüber den heutigen Herstellverfahren bringt. Dabei gilt es zu beachten, dass diese Düsennadel neben zylindrischen Teilen, bei denen es sich um einen Düsenzapfen 1, eine Freistellung 2, einen Führungsdurchmesser 3 und einen Nadelschaft 4 handelt, auch ein präzise im rechten Winkel zu der Düsennadel-Längsaches A zu schleifendes Teilende 1′, eine Nadelhubauflage 5 und einen Freistellübergang 6 aufweist. Der Nadelschaft 4 ist, wie erkenntlich, durch eine Nut 7 vom Führungsdurchmesser 3 abgesetzt, wobei die Nut 7 durch zwei unterschiedliche, definierte Winkel aufweisende Konen, nämlich einen Lünettensitz 8 und eine Phase 9, begrenzt wird. Die Spitze 10 der Düsennadel weist zwei unterschiedlich geneigte Konussegmente, nämlich einen Sitzwinkel 11 und einen Freiwinkel 12 auf, die sowohl bezüglich Winkel als auch Konuslänge hochpräzise sein müssen um ein ordnungsgemässes Funktionnieren der Einspritzdüse sicherzustellen. Der zylindrische Führungsdurchmesser 3 dieser Düsennadel muss nicht nur eine perfekte Zylindrizität aufweisen, sondern muss auch mit der Innenbohrung des die Düsennadel aufnehmenden Nadelgehäuses (nicht dargestellt) paarungsgeschliffen werden, derart dass eine spielfreie Führung garantiert werden kann.

Der Fachmann erkennt aus diesen Angaben, dass es sich bei diesem für die Illustration der vorliegenden Erfindung gewählten repräsentativen Formteil um ein ausserordentlich anspruchsvolles Teil handelt, das in den herkömmlichen Verfahren und mit den herkömmlichen Mittel ausserordentlich schwierig zu fertigen ist und dessen Serienfertigung mittels dem herkömmlichen Verfahren des Décolletierens und schrittweisen Schleifens der unterschiedlichen Durchmesser und Winkel sehr teuer zu stehen kommt. Dieses anspruchsvolle Teil eignet sich aber sehr gut dazu, die Vorteile und Möglichkeiten der gegenständlichen Erfindung gegenüber den herkömmlichen Herstellverfahren solcher Teile darzulegen.

Für die Beurteilung der Vorteile, die die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik bringt, ist davon auszugehen, dass bei jedem zum Stand der Technik gehörenden Verfahren zur Herstellung einer solcher Düsennadel ein Düsennadelrohling mittels einer Décolletage-Operation aus einer ungehärteten Stahlstange herausgedreht wird, worauf dieser Rohling gehärtet und im Rahmen eines Zenterless-Schleifens vorgeschliffen wird bevor in einzelnen Schleif Operationen, bei unterschiedlichen Einspannungen des Formteilrohlings 18 zuerst der Führungsdurchmesser 3 und dann der Sitzwinkel 11 und der Freiwinkel 12 der Spitze 10 geschliffen werden. Dabei ist es nahezu unmöglich, die geforderte Achsparallelität mit dem als maximal zulässig bezeichneten Schlag sicherzustellen, denn für das Zylindrischschleifen des Führungsdurchmessers 3 ist der Formteilrohling anders eingespannt, als er für das Schleifen der beiden Konussegmente 11 und 12 der Spitze 10 in einer Spannzange eingespannt werden muss.

Zwecks Herstellung der für das auf Mass schleifen gemäss der Erfindung notwendigen Formteilrohlinge kann, an Stelle des Décolletierens und Zenterless-Schleifens vorteilhafterweise ein Schleifvorgang verwendet werden, wie er hiernach anhand von Fig. 2 beschrieben ist. In letzterer erkennt man eine Stange 13 von Rundmaterial, vorteilhafterweise ungehärteter oder gehärteter Stahl, die durch eine erste Spannzange 14 eines lediglich schematisch und strichpunktiert angedeuteten Werzeugspindelstockes 15 hindurch vorgeschoben wird und aus der heraus die Formteilrohlinge 18 in Serie herauszuformen sind. Der ersten Spannzange 14 gegenüber ist auf der selben Achse B eine zweite Spannzange 16 in einem Synchron-Werkzeugspindelstock 17 angeordnet, in die die Stange 13, resp. ein noch mit der Stange 13 verbundener, vorbearbeiteter Formteilrohling 18 bis an einen einstell- und verstellbaren Anschlag 19 heran eingeführt ist. Vorteilhafter Weise sind die beiden Werkzeugspindelstöcke Bestandteile einer NC-gesteuerten Maschine, die eine automatische Steuerung aller Arbeitsabläufe und -gänge ermöglicht.

Ferner erkennt man in Fig. 2 eine Profilschleifscheibe 20 und eine Stützlünette 21. Es fällt auch auf, dass die Achse B gegenüber der durch den Doppelpfeil C illustrierten Vorschubachse der Profilschleifscheibe 20 nicht in einem rechten Winkel steht, sondern geneigt dazu liegt. Eine Neigung von ca 10° hat sich bewährt und ermöglicht es, das senkrecht zur Längsachse A des Formteils zu stehen kommende Teilende 1′ und die Nadelhubauflage 5 und den Freistellungsübergang 6 in einem einzigen Schleifvorgang korrekt rechtwinklig zur besagten Längsachse A des Formteiles zu schleifen. Es ist selbstverständlich, dass der Umfang der Profilschleifscheibe 20 in bekannter Art und Weise ohne Ausspannen der Profilschleifscheibe 20 in Abhängigkeit der Neigung der Achse B und des dem vorbearbeiteten Formteilrohling 18 zu gebenden Profil in regelmässigen Abständen direkt auf der NCgesteuerten Maschine, z.B. mittels einer Diamantrolle, abgezogen wird. Der dadurch bedingte Abtrag von Schleifscheibenmaterial wird in bekannter Weise bei der automatischen Berechnung des Profilschleifscheibenvorschubs berücksichtig. Vorteilhafterweise ist die Profilschleifscheibe 20 so ausgelegt, dass sie in einem Arbeitsgang gleichzeitig einen Teil eines ersten Formteilrohlings 18′ vorschleift und zumindest einen Teil oder den ganzen Formteilrohling 18˝ fertigschleift und ihn vom fertig vorbearbeiteten und teilweise in der zweiten Spannzange 16 liegenden Formteilrohling 18 trennt. Um zu verhindern, dass der dabei in Bearbeitung stehende Formteilrohling 18˝ durch die Profilschleifscheibe 20 aus der Achse B und damit der Längsachse A des Formteils selber herausgedrückt wird, ist die Stützlünette 21 entsprechend angeordnet.

Sobald der in Bearbeitung stehende Formteilrohling 18˝ fertig vorgeschliffen ist, wird vorteilhafterweise die zweite Spannzange 16 im Synchron-Werkzeugspindelstock 17 geöffnet und so zurückgefahren, dass der teilweise in sie eingeführte und nun von der Stange 13 getrennte Formteilrohling 18 mittels des Anschlags 19 aus ihr herausgestossen werden kann, bevor die Stange 13 so weit vorgeschoben wird, bis der noch mit ihr verbundene Formteilrohling 18˝ an die Stelle des Formteilrohlings 18 in die zweite Spannzange 16 eingefahren wird. Dann, eventuell nach einem vorgängigen Abziehen der Profilschleifscheibe 20, erfolgt wiederum der hiervor beschriebene Schleifvorgang, bei welchem ein Teil eines neuen Formteilrohlings 18′ vorgeschliffen und ein Teil oder der ganze Formteilrohling 18˝ bis auf das Abtrennen von der Stange 13 fertiggeschliffen wird. Es kann bei diesem Arbeitsgang angezeigt sein, einen kritischen Teildurchmesser während des Schleifvorganges mittels eines Durchmessermesskopfes 22 zu überwachen, derart, dass der Profilscheibenvorschub in Abhängigkeit dieses Teilemasses gesteuert werden kann.

Die gemäss obiger Schleifoperation erzeugten Formteilrohlinge 18 sind, sofern sie aus gehärteten Stangen 13 herausgeschliffen sind, fertig bearbeitet und weisen zumindest die Masshaltigkeit und Oberflächengüte zenterlessgeschliffener Teile auf. Sie können daher ohne weitere Vorbearbeitung direkt dem auf Mass schleifen zugeführt werden.

Auch wenn die Formteilrohlinge 18 aus ungehärteten Stangen 13 herausgeschliffen werden, sind sie wesentlich masshaltiger, als wenn sie mittels einer Décolletageoperation hergestellt worden wären. Bei einem anschliessenden sorgfältigen Härten verziehen sie sich praktisch nicht, so dass, wenn sie mit Uebermassen versehen sind, die erst anlässlich des Schleifens auf Mass abgetragen werden, sie direkt und ohne weitere Vorbearbeitung auf Mass geschliffen werden können.

In jedem Falle erübrigt diese Art der Herstellung der Formteilrohlinge ein Zenterless-Schleifen derselben vor dem auf Mass schleifen in der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss Fig. 3.

Das auf Mass schleifen der Formteilrohlinge 18 ist in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt, wobei die beiden letzteren Figuren nur Details einzelner Arbeitsschritte illustrieren und Fig. 3 die Formteilrohling-Aufnahme und eine Feinschleif-Profilschleifscheibe 29 zeigt, mittels der der Formteilrohling 18 zu der fertig bearbeiteten hochpräzisen und mit der Innenbohrung des nicht dargestellten Düsennadelgehäuses paarungsgeschliffenen Düsennadel fertigbearbeitet wird. Dank dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Fertigbearbeitung der Düsennadel wie erwähnt in einer einzigen Einspannung des Formteilrohlings 18 zwischen Spitzen geschehen. Da dieser Formteilrohling 18 lediglich an seinem grössten Durchmesser, dem Führungsdurchmesser 3 sowie der Spitze 10, resp. deren Sitzwinkel 11 und Freiwinkel 12 nachgeschliffen werden muss, um einerseits die Zylindrizität des Führungsdurchmessers 3 und dessen vorbestimmtes Spiel in der Innenbohrung des Düsengehäuses mittels Paarungsschleifen zu erzeugen und andererseits die Spitze 10 mit dem vorbestimmten maximalen Schlag auf die Längsachse A der Düsennadel zu legen, kann er nicht, wie sonst üblich, zwischen Hohlspitzmitnehmern, in die die beiden Teilenden zu liegen kommen, geschliffen werden. Es bedarf dazu einer speziellen Zentrierlünette 23 (Fig. 3) gemäss der vorliegenden Erfindung.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der Formteilrohling 18 mit seinem hinteren Ende, also dem Druckzapfen 1, in einen sogenannten 6° -Mitnehmer 24 eingelegt wird, der Teil eines querkraftfreien Werkstückantriebes 34 ist, derart, dass er über die zwischen dem Druckzapfen 1 und der Freistellung 2 der Nadelhubauflage 5 liegende Kante mitgenommen wird, wenn der Mitnehmer 24 selbst in Drehung versetzt wird. Vorteilhafterweise ist der Mitnehmer 24 in Richtung des Werkstückspindelstockes 25 zurückziehbar, um den Formteilrohling 18 von der Seite des Werkstückspindelstockes 25 her in die Zentrierlünette 23 einzuführen, bevor der Mitnehmer 24 mit dem Formteilrohling 18 in Wirkverbindung gebracht wird. Bei der Zentrierlünette 23 handelt es sich im wesentlichen um einen U-förmigen Träger 26, der ähnlich einer Hohlgegenspitze mit dem Reitstock 27 der vorteilhafterweise NC-gesteuerten Schleifmaschine verbunden wird und eine genau in der Zwischenspitzenachse D liegende ganz durchgebohrte Hohlspitze 28 trägt, durch die der Formteilrohling 18 hindurchtreten kann, derart, dass die Hohlspitze 28 ihn an einer Stelle führt und zentriert, die anlässlich der Fertigbearbeitung des Formteilrohlings 18 nicht mehr geschliffen werden braucht und als Lünettensitz ausgebildet ist.

Bei der hier beschriebenen Düsennadel wird der Lünettensitz 8 der Nut 7 durch die Hohlspitze 28 aufgenommen, derart, dass nur der Führungsdurchmesser 3, der wie vorerwähnt paarungsgeschliffen werden muss, effektiv "zwischen Spitzen" geschliffen wird. Der Nadelschaft 4 und die daran anschliessende Spitze 10 mit ihren fertigzuschleifenden Konussegmenten, dem Sitzwinkel 11 und dem Freiwinkel 12 ragen in Richtung des Reitstockes 27 aus der Hohlspitze 28 heraus, derart, dass der Nadelschaft 4 mit den daran anschliessenden Sitzwinkel 11 und Freiwinkel 12 freistehend durch die in die Zwischenlünette 23 hineinragende Feinschleif-Profilschleifscheibe 29 geschliffen werden können. Die erfindungsgemässe Zwischenlünette 23 ermöglicht es, dass in einer einzigen Einspannung des Formteilrohlings 18 sowohl mehrere seiner zylindrischen Bereiche als auch ein Endbereich auf Mass fertiggeschliffen werden können. Bei der hier beschriebenen Düsennadel handelt es sich beim zylindrischen Bereich um den paarungszuschleifenden Führungsdurchmesser 3, der entweder durch eine eigens dafür verwendete Feinschleif-Profilschleifscheibe oder einen Teil einer kombinierten Feinschleif-Profilschleifscheibe 29 gemäss Fig. 3 fertiggeschliffen werden kann. Beim Endbereich handelt es sich um die Spitze 10 des Formteilrohlings 18. Mittels eines Doppelmesskopfes 30 kann in bekannter Art und Weise die Zylindrizität des Führungsdurchmessers 3 als auch dessen genauer Durchmesser gemessen und sichergestellt werden. Der Werkzeugspindelstock ist diesbezüglich vorteilhafterweise mit einer Vorrichtung gemäss CH-Pat. Nr. 623 261 zum Zylindrischschleifen von Werkstücken, versehen. Durch eine Messung der Längsposition des Formteilrohlings 18 im Mitnehmer 24, resp. der genauen Lage z.B. der Nadelhubauflage 5 auf der Zwischenspitzenachse D mittels eines hier nur andeutungsweise dargestellten handelsüblichen Längenpositionmessgerätes 31, kann die Feinschleif-Profilschleifscheibe 29 rechtwinklig zu ihrer normalen Vorschubrichtung gemäss Doppelpfeil E auch seitlich gemäss Doppelpfeil F verstellt werden, derart, dass derjenige Teil der Feinschleif-Profilschleifscheibe 29, oder gegebenenfalls eine separate Schleifscheibe, der zum Fertigschleifen des Sitzwinkels 11 und des Freiwinkels 12 der Spitze 10 dient, neben dem Fertigschleifen dieser Winkel auch die korrekte Länge der Düsennadel sicherstellt. Sofern aus Festigkeitsgründen erforderlich, kann auch bei diesem Schleifvorgang eine hier nicht dargestellte Stützlünette den freistehenden Teil des Formteilrohlings 18 abstützen, um einer nicht gewünschten Verformung dieses Teiles vorzubeugen. Vorteilhafterweise werden, für Formteile wie die hier beschriebenen Düsennadeln, zwei Feinschleifscheiben zu einer einzigen zusammengefügt, um als einteilige Feinschleif-Profilschleifscheibe 29 eingesetzt zu werden. Auch sie kann, wie auf NC-gesteuerten Schleifmaschinen üblich, regelmässig automatisch abgezogen werden, derart, dass die damit fertiggeschliffenen Düsennadeln höchste Präzision und beste Oberflächengüte aufweisen.

Für das Fertigschleifen des Sitzwinkels 11 und des Freiwinkels 12 der Spitze 10 kann die Feinschleif-Profilschleifscheibe 29 mit zwei individuell zum Einsatz kommenden Profilen 32 und 33 versehen sein, derart, dass beispielsweise gleichzeitig mit dem Fertigschleifen des paarungszuschleifenden Führungsdurchmessers 3 mittels des ersten Profils 32 gemäss Fig. 4 der Sitzwinkel 11 fertiggeschliffen und der Freiwinkel 12 vorgeschliffen wird, wogegen der Freiwinkel 12 nach dem Zurückziehen der Feinschleif-Profilschleifscheibe 29 und deren erneutes Heranfahren mittels des zweiten Profils 33 gemäss Fig. 5 fertiggeschliffen wird.

Der Fachmann erkennt, dass dank der erfindungsgemässen Vorrichtung ein nach herkömmlichen Verfahren nur in mehreren Werkstückeinspannungen auf Mass schleifbares Formteil in zwei Arbeitsschritten mit einer einzigen Werkstückeinspannung zwischen Spitzen auf Mass geschliffen werden kann. Selbstverständlich können auf einer erfindungsgemässen Vorrichtungen auch andere Formteile als Düsennadeln für Einspritzpumpen kostengünstig und mit einer gegenüber den herkömmlichen Herstellverfahren reduzierten Anzahl von Einspannungen gefertigt werden. Es genügt dabei, die Profilschleifscheiben 20 und 29 sowie die der Aufspannung des Formteilrohlings 18 dienende Zentrierlünette 23 den konkreten Gegebenheiten anzupassen. Erfinderisches Dazutun ist dafür nicht mehr notwendig.

Es ist auch naheliegend, dass je nach herzustellendem Formteil bei der Vorbearbeitung desselben, also beim Heraustrennen aus der Stange 13 mittels Schleifoperation, je nach Bedarf nur einzelne Teile des Formteils vorbearbeitet werden, wogegen andere unbearbeitet bleiben. Auch bei der Fertigbearbeitung des Formteilrohlings 18 können mehr als die hier beschriebenen drei Formteil-Segmente fertiggeschliffen werden. Gegebenenfalls kann der Fertigbearbeitungsvorgang in zwei Einzeloperationen aufgeteilt werden.

Wenn ein automatisches Stangennachladegerät und eine automatische Formteileinspannvorrichtung verwendet werden, kann dank der Erfindung im Zusammenwirken mit dem beschriebenen Herausschleifen der Formteilrohlinge 18 aus der Stange 13 eine vollautomatische Formteile-Fertigung realisiert werden, die ohne manuelle Nachjustierung der Bearbeitungswerkzeuge auskommt, denn die Profilschleifscheiben 20 und 29 können direkt auf den NC-gesteuerten Schleifmaschinen mittels Diamantrollen abgezogen und automatisch nachgerichtet werden.

Wenn an Stelle von Stangen als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Formteile Rollenmaterial verwendet wird, was dank der wesentlich niedrigeren Drehzahlen, die ein zu schleifendes Teil gegenüber einem zu décolletierenden Teil aufweisen muss, durchaus möglich ist, kann eine über mehrere Tage vollautomatische Teilefertigung realisiert werden, die ohne Einwirkung durch den Menschen völlig autonom arbeitet, was bei Décolletage-Operationen wegen der zwangsläufig notwendig werdenden Nachschleifoperationen der Stechbeutel ausserhalb der Maschine, und deren nachträglicher Nachjustierung in Handarbeit, nicht möglich ist.