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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines hochpräzisen Mehrscheiben-Schleifmodules
mit mehreren, auf einer gemeinsamen Spindel, hochpräzise durch
Distanzringe axial beabstandet zueinander, angeordnete Schleifscheiben
zum gleichzeitigen Ausschleifen von parallel zueinander verlaufenden
Mikrostrukturen in einem Werkstück.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein nach diesem Verfahren hergestelltes,
hochpräzises
Mehrscheiben-Schleifmodul.
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Derartige
Mehrscheiben-Schleifmodule werden typischerweise zum hochpräzisen Trennen
von Siliziumwafern und zur hochpräzisen Mikrostrukturierung verwendet.
Sie können
jedoch auch zum Aufbringen von Mikrostrukturen in Spezialgläsern, Kunststoffen
sowie anderen schleiffähigen
Materialien verwendet werden.
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Mit
Mikrostrukturen hoher Präzision
versehenes Flachglas wird für
Präzisionsanwendungen,
insbesondere für
Displays, Beleuchtungssysteme und für die Sensortechnik verwendet.
Von besonderer Bedeutung sind dabei Displayscheiben von neueren Flachbildschirmgenerationen
(Plasma Display Panel = PDP bzw. Plasma Addressed Liquid Crystal
= PALC).
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In
diese sogenannten Kanalplatten sind Mikrokanal-Strukturen in Form
von mehreren, parallel verlaufenden Kanälen eingebracht.
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Eine
derartige Kanalplatte ist ausschnittsweise in 4 im stark vergrößerten Maßstab prinzipiell dargestellt.
Die aus dieser Fig. ersichtliche kanalförmige Mikrostrukturierung muß kostengünstig und
in großen
Stückzahlen
für verschiedene
Displaygrößen (Bildschirmdiagonalen
bis 55'') erfolgen. In Abhängigkeit
vom Bildschirmformat liegen die Strukturabmessungen in folgenden
Bereichen: Stegabstand (Pitch) X = 150 – 650 μm, Steghöhe Y = 100 – 250 μm und Stegbreite Z = 20 – 50 μm. Für ein 42''-HiVision PDP-Display sind beispielsweise ca. 5760
Kanäle
mit einem Teilungsabstand der Stege "X",
dem sog. Pitch, von ca. 161 μm
bei einer Steghöhe "Y" von 150 μm und einer Stegbreite "Z" von 30 μm mit Toleranzen von wenigen μm über ca.
520 mm Länge
zu fertigen.
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Es
sind verschiedene Methoden zum Ausbilden der Kanalstruktur bekannt
geworden. Bei einer Methode werden die Stege im Siebdruckverfahren
in mehreren Schichtungen nacheinander auf das Glassubstrat aufgetragen.
Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und teuer. Bei einer anderen
Methode werden die Strukturen im Glas im Wege der Heißformgebung
durch Prägen
erzeugt.
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Bei
einem anderen Prinzip werden die Kanäle durch Sandstrahlen oder
einen Schleifvorgang strukturiert. Beim Schleifen wird dabei ein
hochpräzises
Mehrscheiben-Schleifmodul verwendet, das mehrere auf einer gemeinsamen
Spindel, hochpräzise
durch Distanzringe axial beabstandet zueinander angeordnete Präzisionsschleifscheiben
aufweist.
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Hiervon
geht die Erfindung aus.
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Da
die Kanäle,
wie oben beschrieben, sehr fein strukturiert sind und sehr geringe
Abstände
haben, bereitet die Herstellung der Kanalplatten dahingehend Schwierigkeiten,
daß die
einzelnen Schleifscheiben des Mehrscheiben-Schleifmodules nicht in entsprechend
geringen axialen Abständen
zueinander angeordnet werden können.
Aus diesem Grund beträgt
der Abstand der einzelnen Schleifscheiben ein ganzzahliges Vielfaches
des Teilungsabstandes "X" der Stege. Da die
Länge des
Mehrscheiben-Schleifmodules durch das Schwingungsverhalten der Bearbeitungsspindel
und durch die Drehzahl begrenzt ist, kann eine Kanalplatte nicht
auf einem einzigen Mehrscheiben-Schleifmodul
gleichzeitig bearbeitet werden. Die Herstellung der Kanalplatten
erfolgt dann durch sogenanntes versetztes Schleifen, bei dem durch
mehrfachen Überlauf
des Mehrscheiben-Schleifmodules die Kanalplatte strukturiert wird. Zwischen
den einzelnen Überläufen wird
das Mehrscheiben-Schleifmodulrechtwinklig zu den Kanallängsachsen
versetzt und zwar genau um den zu fertigenden Pitch.
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Ein
derartiges Verfahren des versetzten Schleifens wird in der japanischen
Offenlegungsschrift 318524-1996 beschrieben.
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An
das Mehrscheiben-Schleifmodul werden hohe Anforderungen gestellt.
Sie leiten sich direkt aus den hohen Anforderungen an die Fertigungstoleranzen
der Kanalplatten ab. So ist z.B. der Pitch ist mit einer Maßgenauigkeit
von ±4 μm bis ±10 μm zu fertigen.
Die Anforderungen werden auch anhand der nachstehenden Überlegungen
deutlich. Die Distanzringe, auch Zwischenscheiben genannt, werden
zur Erzielung eines definierten axialen Abstandes zwischen den Einzel-Schleifscheiben
eingesetzt. Zur Herstellung der oben beschriebenen Mikrostrukturen darf
dieser Abstand und damit die Dicke des Distanzringes eine sehr kleine
Toleranz nicht überschreiten. Somit
sind wiederum höchste
Anforderungen an das Verfahren zur Herstellung dieser Mehrscheiben-Schleifmodule
gestellt.
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Nach
dem Stand der Technik werden die einzelnen Bauteile des modular
aufgebauten Mehrscheiben-Schleifmoduls, im wesentlichen die Schleifscheiben und
die Distanzringe, in unabhängigen,
separaten Herstellungs- bzw. Bearbeitungsprozessen, z.B. Läppen, endbearbeitet
gefertigt und anschließend
auf der Spindel montiert. Wesentliches Merkmal des bekannten Verfahrens
zum Herstellen von Mehrscheiben-Schleifmoduls ist daher, daß die Herstellung
bzw. Endbearbeitung der einzelnen Bauteile und die Montage dieser
Teile zum Mehrscheiben-Schleifmodul voneinander getrennte Verfahrensschritte
sind, die zeitlich nacheinander durchgeführt werden. Zunächst werden
die einzelnen Schleifscheiben und Distanzringe gefertigt, wobei
noch keine hohen Anforderungen an die Lage- bzw. Oberflächentoleranzen
gestellt werden. Anschließend
findet eine Feinstbearbeitung durch Läppen der später in axialem Wirkeingriff
befindlichen Stirnseiten der Schleifscheiben und der Distanzringe
statt, um die geforderte Oberflächenqualität bzw. Lagetoleranz dieser
Funktionsflächen
zu erreichen. Es können Rauhtiefen
bis Rt = 0,03 μm und Planparallelitäten bis zu
0,2 μm erzielt
werden. Man erhält
so eine Vielzahl von hochgenauen, auf Dickentoleranz geläppte Distanzringe
und Schleifscheiben die anschließend als Stapel montiert werden.
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Dieses
Stapeln, das rein manuell durchgeführt wird, verläuft wie
folgt:
Eine Spindel, die an ihrem einen Ende einen mit größerem Durchmesser
versehenen Anschlag aufweist, wird zur Bestückung mit den Schleifscheiben
bzw. Distanzringen so auf einen Rundtisch gestellt, daß die Stirnseite
des Anschlages, die am Spindelende liegt, auf dem Tisch zum Aufliegen
kommt. Dann wird die erste Schleifscheibe über das offene Spindelende geschoben
und auf dem Spindelanschlag abgelegt. Anschließend wird der erste Distanzring
auf das freie Spindelende aufgeschoben, und mit der ersten Schleifscheibe
in Anschlag gebracht. Im weiteren Verfahren zur Herstellung des
Mehrscheiben-Schleifmodules
werden abwechselnd Schleifscheiben und Distanzringe über das
freie Spindelende aufgeschoben und in Anschlag gebracht. Dieses
abwechselnde Stapeln von Schleifscheiben und Distanzringen erfolgt,
bis die zu erzielende Länge
des Schleifmoduls erreicht wird, die durch den Abstand der beiden äußersten
Schleifscheiben definiert wird. Durch Aufbringen einer Nutmutter
am freien Spindelende werden die angeordneten Schleifscheiben und
Distanzringe zwischen Spindelanschlag und Nutmutter verspannt.
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Die
Schleifscheiben und die Distanzringe sind trotz Feinstbearbeitung
durch Läppen
mit Fertigungstoleranzen versehen. Ein wahlloses Stapeln würde aus
diesem Grunde die Gefahr in sich bergen, daß sich die Fertigungsungenauigkeiten
der einzelnen Schleifscheiben und Distanzringe beim Stapeln zu unzulässigen Fehlern
aufsummieren.
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Werden
z.B. die Distanzringe aller mit einer nur um wenige Mikrometer zu
großen
Dicke gefertigt, so addieren sich diese Toleranzen auf und es werden somit
unzulässige
Stapeltoleranzen erreicht. Durch Parallelitätsabweichungen der Stirnflächen der Schleifscheiben
oder an den Distanzringen kommt es zu einem Planschlag der Einzelschleifscheiben
und somit auch zu einem Rundlaufehler an der Schleifscheibe. Dieser
Schlag an den Schleifscheiben kann bei der Mikrostrukturierung zur
Zerstörung
der Struktur führen.
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Während des
Stapelns der endgefertigten Einzelteile des Mehrscheiben-Schleifmoduls findet deshalb
immer wieder ein Messen und Kontrollieren der einzuhaltenden Toleranzen
statt. Beginnend mit der ersten aufgeschobenen Schleifscheibe wird
nach jedem weiteren Aufschieben einer weiteren Schleifscheibe bzw.
eines weiteren Distanzringes der Verfahrensschritt des Messens und Überprüfens durchgeführt. Als
Referenzpunkt dient dabei die Stirnseite des Spindelanschlags, die
die erste Schleifscheibe axial aufnimmt. Dazu wird der jeweils bis
zum Meßzeitpunkt
erzielte Hub, die axiale Länge
des Teil-Moduls, an mehreren, verteilt liegenden Stellen der Funktionsfläche, im
einzelnen der Stirnflächen
der Schleifscheiben bzw. der Distanzringe gemessen.
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Durch
diese Vorgehensweise wird einerseits die Einhaltung der Maßtoleranzen
des zu erzielenden Hubes kontrolliert, andererseits kann, dadurch daß der Hub
an verschiedenen Stellen auf der Funktionsfläche gemessen wird, gleichzeitig
eine Kontrolle der Lagetoleranzen stattfinden. Dies sind die Parallelität der Funktionsflächen der
Schleifscheiben bzw. der Distanzringe und die Lage dieser Funktionsflächen zur
Spindel- und späteren
Drehachse, wobei diese einen Winkel von 90° bilden müssen. Bei Abweichungen von
der Rechtwinkligkeit und damit bei einem Sitz der Schleifscheiben
bzw. der Distanzringe auf der Achse ähnlich dem einer Taumelscheibe, käme es zu
einem Planschlag. Die Folge wäre
auch hier, wie erwähnt,
die Zerstörung
der Mikrostruktur und somit des Werkstückes.
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Durch
den sehr aufwendigen und immer zu wiederholenden Verfahrensschritt
des Messens und Kontrollierens und Auswählens der geeigneten Kombinationsfolge
der Distanzringe wird versucht, die vorgegebenen Fertigungstoleranzen
des Mehrscheiben-Schleifmoduls einzuhalten. Weil sämtliche
Distanzringe und Schleifscheiben unterschiedliche Fertigungsungenauigkeiten
aufweisen, kann durch geschicktes Auswählen und Stapeln der Distanzringe und
der Schleifscheiben die Aufsummierung der Fertigungsungenauigkeiten
gemindert werden; teilweise kompensieren sich auch Fertigungsungenauigkeiten bei
dieser Art der Montage. Das Auffinden einer geeigneten Kombinationsreihenfolge
ist jedoch extrem personal-, zeit- und somit kostenintensiv. Zudem sind die
Schleifscheiben und die Distanzringe während der Montage ohne Nutmutter
bezüglich
der Spindelachse drehbar, womit sich ein weiterer Freiheitsgrad beim
Stapeln ergibt. Die Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten vervielfacht sich
hierdurch. Trotz des hohen Aufwandes ist dabei nicht immer sichergestellt,
daß das
später
vorliegende Mehrscheiben-Schleifmodul die hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Lagetoleranzen,
erfüllt.
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Dieses
Verfahren zur Herstellung eines Mehrscheiben-Schleifmodules stößt nicht
nur bezüglich
seiner Fertigungstoleranzen, sondern auch bezüglich der Anzahl an stapelbaren
Schleifscheiben an seine Grenzen, da mit zunehmender Anzahl an Schleifscheiben
der Aufwand und die Fertigungsungenauigkeit ansteigen. Dies ist
auch dadurch bedingt, daß ein
Verspannen der einzelnen Teile durch eine Nutmutter einmalig und
erst am Ende des Fertigungsprozesses durchgeführt wird, wenn berücksichtigt
wird, daß zwischen
den Teilen während
des Stapelvorganges Passungsspiel verbleiben kann. Durch die hohe
Anzahl an Setzfugen kommt es weiterhin beim axialen Verspannen der
Schleifscheiben zu einer Verlagerung der einzelnen Schleifscheiben, die
unzulässig
sein kann. Unter dem Gesichtspunkt der Rationalisierung des Produktionsprozesses
wird jedoch eine möglichst
hohe Anzahl an Schleifscheiben angestrebt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen
eines Mehrscheiben-Schleifmodules bereitzustellen und ein Mehrscheiben-Schleifmodul
zu schaffen, bei dem die Zeit für
seine Herstellung, insbesondere die Montagezeit, die Bearbeitungszeit
und die Meßzeit,
im Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren nach dem Stand der Technik reduziert wird, wobei die Fertigungsqualität des so
hergestellten Mehrscheiben-Schleifmodules gesteigert wird bzw. seine
Maß- und
Lagetoleranzen verkleinert werden und die Anzahl an Schleifscheiben
auf dem Mehrscheiben-Schleifmodul maximiert wird.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt verfahrensmässig ausgehend von dem eingangs
bezeichneten Verfahren zum Herstellen eines hochpräzisen Mehrscheiben-Schleifmodules
mit mehreren, auf einer gemeinsamen Spindel, hochpräzise durch
Distanzringe axial beabstandet zueinander, angeordnete Schleifscheiben
zum gleichzeitigen Ausschleifen von parallel zueinander verlaufenden
Mikrostrukturen in einem Werkstück,
gemäß der Erfindung
mit den Schritten:
- – Einspannen der Spindel in
eine Ultrapräzisions-Drehmaschine
und Vorgabe eines axialen Abstands-Referenzpunktes durch Eindrehen
eines Montage-Absatzes in einen stirnseitigen Spindelabsatz der
Spindel,
- – Aufbringen
einer ersten, endbearbeiteten Schleifscheibe über das freie Spindelende auf den
Montage-Absatz,
- – Aufbringen
eines ersten, in Werkstattfertigungsqualität bearbeiteten Distanzringes über das
freie Spindelende und Befestigen dieses Distanzringes mit dem Spindelabsatz
unter Fixierung der ersten Schleifscheibe mit Anliegen an der Absatzflanke,
- – Eindrehen
eines Montage-Absatzes in den ersten Distanzring im vorgegebenen
Abstand zum Montage-Absatz im Spindelabsatz zur Aufnahme einer zweiten,
endbearbeiteten Schleifscheibe und zur Vorgabe des axialen Abstands-Referenzwertes
für das
Eindrehen eines Montage-Absatzes in dem folgenden Distanzring, und
- – Montage
der weiteren endbearbeiteten Schleifscheiben und grob vorbearbeiteten
Distanzringe bis zu dem vorgegebenen Hub des Schleifmoduls durch
aufeinanderfolgendes Wiederholen des Schrittes des Eindrehens eines
Montage-Absatzes im jeweiligen Distanzring im vorgegebenen Abstand
zum vorhergehenden Montage-Absatz unter jeweiliger Vorgabe eines
Abstands-Referenzwertes
für die
Montage der nächsten
Schleifscheibe und des Schrittes des gegenseitigen Befestigens.
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Bei
der erfindungsgemäßen Stapeltechnik werden
die grob vorbearbeiteten Distanzringe auf einer Ultrapräzisions-Drehmaschine
für den
zu montierenden Hub von Schleifscheiben in einer Aufspannung während der
Montage auf das notwendige Präzisionsmaß endbearbeitet
und montiert. Dadurch kann die Montagezeit und die Meßzeit signifikant
reduziert werden. Außerdem
ist die Fertigungsqualität des
endmontierten Mehrscheiben-Schleifmodules sehr hoch, da es zu keinem
Summenfehler von Einzeltoleranzen kommt, weil für jede montierte Einzel-Schleifscheibe
der Referenzpunkt für
das Abstandsmaß unabhängig von
den vorher montierten Schleifscheiben und Distanzringen neu festgelegt wird.
Da die Komponenten des Mehrscheiben-Schleifmodules schrittweise
während
der Montage miteinander verbunden werden, ergibt sich auch keine
Maßverschiebung
beim Fixieren aller Komponenten auf dem freien Spindelende nach
der Montage.
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Hinsichtlich
des hochpräzisen
Mehrscheiben-Schleifmoduls gelingt die Lösung der Aufgabe, ausgehend
von einem hochpräzisen
Mehrscheiben-Schleifmodul, mit mehreren, auf einer gemeinsamen Spindel,
hochpräzise
durch Distanzringe axial beabstandet zueinander, montierte Schleifscheiben zum
gleichzeitigen Ausschleifen von parallel zueinander verlaufenden
Mikrostrukturen in einem Werkstück
gemäß der Erfindung
dadurch, daß die
erste Schleifscheibe auf einem eingedrehten Montage-Absatz eines
an einem Ende der Spindel angeformten flanschartigen Spindelabsatzes
aufgenommen ist und die weiteren Schleifscheiben jeweils auf Montage-Absätzen aufgenommen
sind, die jeweils im vorhergehenden Distanzring so eingedreht sind,
daß der Abstand
von Flanke zu Flanke aufeinanderfolgender Montage-Absätze hochpräzise jeweils
gleich dem axialen Soll-Abstandsmaß der Schleifscheiben ist, daß der erste
Distanzring am flanschartigen Spindelabsatz der Spindel und die
weiteren Distanzringe untereinander unter Einspannen der Schleifscheiben mechanisch
befestigt sind, und daß die
Distanzringe normale Werkstatt-Fertigungsqualität besitzen.
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Weiterbildungen
und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
und werden im folgenden beschrieben.
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In
den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel
für das
erfindungsgemäße Verfahren
und den erfindungsgemäßen Mehrscheiben-Schleifmodul, sowie
zum besseren Verständnis,
ein mit dem Mehrscheiben-Schleifmodul beispielsweise strukturiertes Flachglas
dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 in einer schematischen
Schnittdarstellung den ersten Bearbeitungsschritt an der Spindel des
erfindungsgemäßen Mehrscheiben-Schleifmodules
im Rahmen seiner Montage
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2 ebenfalls in einer Schnittdarstellung entsprechend 1 den zweiten Montageschritt
unter Befestigung der ersten Schleifscheibe auf der Spindel
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3 den fertig montierten
Mehrscheiben-Schleifmodul, und
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4 ein mit dem Mehrscheiben-Schleifmodul
strukturiertes Flachglas bekannter Konfiguration.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Stapeltechnik
werden auf einer, in der Zeichnung nicht dargestellten, an sich
bekannten Ultrapräzisions-Drehmaschine
endbearbeitete Schleifscheiben und nur grob vorbearbeitete Distanzringe
für den
zu montierenden Hub in einer Aufspannung endbearbeitet und montiert.
Dadurch kann, wie bereits erwähnt,
die Montagezeit und die Meßzeit
reduziert und die Fertigungsqualität des montierten Mehrscheiben-Schleifmodules
gesteigert werden.
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Zunächst wird
bei der Montage eine Spindel 1, eine Welle, auf der die
Schleifscheiben und Distanzringe montiert werden, aufgespannt und
endbearbeitet. Diese Spindel besitzt am stirnseitigen Ende einen
schmalen Spindel- bzw. Wellenabsatz 2 mit einem größeren Durchmesser
als der Durchmesser der Spindel 1, mit dem sie in der Ultrapräsizions-Drehmaschine
aufgenommen wird. Die Spindel 1 wird in Drehung um ihre
Achse 5 versetzt, wobei mit einem Werkzeug 4 der
Drehmaschine ein Absatz 8 zur Aufnahme der ersten Schleifscheibe 7 in
den Spindel- bzw. Wellenabsatz 2 eingearbeitet wird. Die Flanke 9 dieses
Absatzes 8 dient als Referenzpunkt, d.h. die NC-Steuerung der Ultrapräzisionsmaschine wird
bezüglich
ihrer Wegmessung in Z-Richtung,
d.h. in Spindellängsrichtung
zu Null gesetzt.
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Wie 2 zu entnehmen ist, wird
die erste, bereits endbearbeitete Schleifscheibe 7 über das freie
Spindelende auf die Spindel 1 aufgeschoben und auf den
Absatz 8 im Spindel- bzw. Wellenabsatz 2 aufgesteckt.
Danach wird ein nur grob vorbearbeiteter Distanzring 10 über das
freie Spindelende auf die Spindel 1 aufgeschoben und zum
Anschlag mit der ersten Schleifscheibe 7 gebracht. Der
Distanzring 10 wird über
Schrauben 6 in Gewindebohrungen 3, die im Absatz 2 eingearbeitet
sind, befestigt, wodurch die erste Schleifscheibe 7 zwischen
Absatz 8 und Distanzring 10 fest eingespannt wird.
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Auf
der Stirnseite des Distanzringes 10, die zum freien Spindelende
hin zeigt, wird nunmehr mit dem Werkzeug 4 ein Absatz 11 zur
Aufnahme einer zweiten Schleifscheibe mit einem vorgegebenen Maß eingearbeitet,
derart, daß die
Flanke 12 dieses Absatzes 11 den zu erzielenden
präzisen
Abstand zur benachbarten Flanke 9 im Absatz 8 des
Spindelabsatzes 2, der die erste Schleifscheibe 7 aufgenommen
hat, aufweist, und somit die beiden benachbarten Schleifscheiben
hochpräzise
das notwendige, vorgegebene Abstandsmaß aufweisen. Dieses Abstandsmaß ist ein
ganzzahliges Vielfaches des Pitches "X" und
ist für
alle auf der Spindel 1 sitzenden Schleifscheiben 7 gleich
groß.
Dieses Maß ist
letzlich das für
das bevorzugt zur Anwendung gelangende Herstellungsverfahren von
Kanalplatten wichtige Maß und
muß je
nach Anforderung mit einer Toleranz von ± 4μm bis ± 10 μm gefertigt werden. Es wird
in einfacher Weise durch den Werkzeugvorschub bei der Herstellung
des jeweiligen Absatzes 11 in den Distanzringen 10 und
durch die Steuerung der Ultrapräzisionsmaschine
gefertigt. Ein manuelles Messen und Überprüfen dieses Maßes im eigentlichen
Sinne, wie es bei Verfahren nach dem Stand der Technik notwendig
ist, entfällt.
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Abwechselndes
Aufschieben und Befestigen von Schleifscheiben und Distanzringen
durch mehrmaliges Wiederholen der Verfahrensschritte, bis der zu
erzielende Hub erreicht ist, führen
schließlich
zu dem im 3 dargestellten
Mehrscheiben-Schleifmodul 13. Dabei sind die gestapelten
Schleifscheiben 7 und Distanzringe 10 über eine
am freien Spindelende sitzenden Nutmutter 15, die auf ein
Gewinde 14 aufgeschraubt ist, zusätzlich gesichert.
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Die
axiale Tiefe des Absatzes 8 im Spindelanschlag 2 ist
kleiner als die Dicke der aufzunehmenden Schleifscheibe, so daß die Schleifscheibe
kraftschlüssig
axial fixiert ist. Die im weiteren Herstellungsverfahren in die
Distanzringe einzuarbeitenden Absätze werden in ihrer axialen
Tiefe durch den zwischen den Schleifscheiben einzuhaltenden Abstand bestimmt,
sind aber so bemessen, daß es
nicht zu einem Kontakt zwischen einzelnen Distanzringen kommen kann.
Der Durchmesser des Absatzes wird jeweils so gewählt, daß sich zwischen Absatz und Schleifscheibe
eine Spielpassung ergibt.
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Die
Schleifscheiben sind bereits vor der Montage durch Läppen ihrer
Stirnseiten genau auf Dickentoleranz endbearbeitet.
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Ein
essentielles Merkmal bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Mehrscheiben-Schleifmodules
ist es daher, daß der
Abstand der einzelnen Schleifscheiben 7 durch die Bearbeitung
auf der Ultrapräzisions-Drehmaschine
festgelegt wird. Dadurch können
die Distanzringe, in die jeweils die den Abstand festlegenden Absätze 11 eingedreht
werden, in einfacher Werkstattfertigungsqualität ausgeführt werden; eine Präzisionsbearbeitung,
z.B. durch Läppen,
ist nicht nötig.
Es kommt auch zu keinem Summenfehler von Einzeltoleranzen, da der
jeweilige Absatz 11 unabhängig von den vorher montierten Distanzscheiben
und Schleifscheiben bearbeitet wird, d.h. der jeweilige Absatz 11 bzw.
seine Flanke 12 als Referenzpunkt für den jeweils in den nächsten Distanzring
einzuarbeitenden Absatz 11 dient.
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Die
zur Erzielung eines definierten Abstandes zwischen den Einzelschleifscheiben
verwendeten Distanzringe bestehen vorzugsweise aus einem Material
mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Vorrangig sind dies z.B. Zerodur, Keramiken, Glaskeramiken oder
Eisenlegierungen. Es können
aber auch aufgrund ihrer guten Zerspannbarkeit NE-Legierungen, Kunststoffe
oder Graphit verwendet werden.
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Für die Befestigung
des Distanzringes und der damit beabsichtigten Einspannung der Schleifscheibe
bieten sich verschiedene Befestigungsmittel an. Eine bevorzugte
Methode ist die vorbeschriebene, in den Zeichnungen dargestellte
Befestigung des Distanzringes mit mehreren Schrauben am Spindelanschlag
bzw. am vorherigen Distanzring. Eine weitere Befestigungsmethode
stellt die Klebeverbindung dar. Hierbei wird zwischen die durch
das Stapeln in Eingriff kommenden Funktionsflächen, im einzelnen die Stirnseiten
der Schleifscheibe und die Stirnseite der Distanzringe bzw. die
Flanke des Absatzes zur axialen Aufnahme der Schleifscheiben, ein
Klebemittel eingebracht. Vorteilhaft ist auch die Befestigung der
Distanzringe durch Aufschrumpfen auf die Spindel, wobei sich zwischen
Spindel und Distanzring eine kraftschlüssige Preßverbindung ergibt. Die Schleifscheiben
selbst werden hierbei wiederum fest zwischen den Distanzringen eingespannt.
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Die
gestapelten Schleifscheiben und untereinander befestigten Distanzringe
werden zweckmäßig durch
ein am freien Spindelende angeordnetes Sicherungselement fixiert
werden. Eine bevorzugte Sicherung ist, wie vorbeschrieben, die am
Spindel aufgebrachte Nutmutter. Weitere Ausführungsbeispiele dieses Sicherungselementes
sind ein Spannelement oder ein Spannsatz, wobei das letzte zu stapelnde Element
des Mehrscheiben-Schleifmodules ein Distanzring ist, der im Bereich
seiner Bohrung so ausgebildet ist, das er einerseits auf der Spindel
zentriert werden kann und andererseits das Spannelement aufzunehmen
in der Lage ist.
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Ein
manuelles Messen und Überprüfen der Maß- und Lagetoleranzen
im herkömmlichen
Sinne entfällt
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Steuerung der Ultrapräzisionsdrehmaschine,
die bei dem Prozeß des
Eindrehens des Absatzes im Distanzring bzw. im Spindelabsatz zum
Einsatz kommt, wird dazu benutzt, die vorgegebenen Maße präzise einzuhalten.
Hierzu wird die Flanke, die die erste Schleifscheibe axial aufnimmt,
als Referenzpunkt gewählt,
d.h. bei ihr wird die Steuerung der Ultrapräzisionsdrehmaschine bezüglich ihrer
Wegmessung in Spindellängsrichtung
auf Null gesetzt. Der Abstand der einzelnen Schleifscheiben ist,
wie oben erwähnt, ein
Vielfaches des Pitches und wird durch die Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges
erzielt.
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Nach
erfolgter Endmontage des nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten
Mehrscheiben-Schleifmodules erfolgt seine "Konditionierung", vorzugsweise auf der Bearbeitungsmaschine, auf
der das Mehrscheiben-Schleifmodul
zur Mikrostrukturierung der optischen Flachgläser zum Einsatz kommt. Dies
geschieht wieder unter dem Aspekt der zu erzeugenden Fertigungsqualität. Indem
eine mögliche
Fehlerquelle, nämlich
zusätzliche
Ungenauigkeiten durch das Umspannen des Mehrscheiben-Schleifmodules,
eliminiert wird, kann vermieden werden, daß sich die dadurch bedingten
Ungenauigkeiten mit den bereits bestehenden, unvermeidbaren Fertigungstoleranzen
des Mehrscheiben-Schleifmodules ungünstig additiv überlagern.
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Das
Konditionieren beinhaltet das Profilieren, das Schärfen bzw.
Abrichten der Schleifscheibe. Ziel des Profilierens ist es, der
Schleifscheibe das gewünschte
Profil und den nötigen
Rundlauf zu geben. Hierbei wird die Schleifscheibe nicht an ihren
Stirnseiten bearbeitet bzw. in ihrem Dickenmaß verändert, sondern, mit Rücksicht
auf die Tiefentoleranz der später
zu fertigenden Struktur, mit einem einheitlichen Radius versehen.
Die Schleifscheiben werden nämlich
von den mit der Ultrapräzisionsmaschine
gefertigten Montage-Absätzen radial
aufgenommen, wobei die Teile so dimensioniert sind, daß in den Kontaktflächen eine
Spielpassung vorliegt, wodurch ein Profilieren notwendig wird.
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Vorrangig
werden für
die Kanalplatten Schleifscheiben eingesetzt, die eine Rechteckkontur aufweisen.
Je nach Anforderungen am mikrostrukturierten Bauteil können jedoch
auch abgerundete Konturen erforderlich sein.
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Das
Schärfen,
auch Abrichten genannt, sorgt für
die notwendige Schleifscheibentopographie mit schneidfähigen Körnern und
einer Entfernung von Ablagerungen, die in den Spanräumen der
Scheibe sitzen.
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Das
Konditionieren kann zwischen den Bearbeitungszeiten auf der Bearbeitungsmaschine
stattfinden oder vorzugsweise während
des Bearbeitungsprozesses, wobei es sich dann um ein kontinuierliches
Konditionieren handelt.